Антивещество - материя, состоящая из античастиц. Ядра атомов антивещества "построены" из антинуклонов, а внешняя оболочка - из позитронов. Возможность существования антивещества следует из инвариантности законов природы относительно преобразования CPT (см. Теорема CPT). Вследствие инвариантности сильного взаимодействия относительно зарядового сопряжения (C-инвариантности) ядерное взаимодействие между антинуклонами в точности совпадает с соответствующим взаимодействием между нуклонами, что обеспечивает существование ядер из антинуклонов ("антиядер"). Антиядра обладают массой и энергетическим спектром такими же, как у ядер, состоящих из соответствующих нуклонов. Электрические заряды и магнитные моменты антиядер равны по величине и противоположны по знаку электрическим зарядам и магнитным моментам соответствующих ядер. Вследствие C-инвариантности электромагнитного взаимодействия электромагнитные переходы в ядрах вещества и антивещества совпадают. Электромагнитное взаимодействие позитронов и ядер антивещества должно приводить к образованию связанных состояний - атомов антивещества, причем атомы антивещества и вещества должны иметь идентичную структуру. Вследствие CP-инвариантности слабого взаимодействия обусловленное им смешивание атомных или ядерных состояний с противоположной четностью одинаково для вещества и антивещества.

Столкновение объекта, состоящего из вещества, с объектом из антивещества приводит к аннигиляции входящих в их состав частиц и античастиц. Аннигиляция медленных электронов и позитронов ведет к образованию гамма-квантов, а аннигиляция медленных нуклонов и антинуклонов - к образованию нескольких пи-мезонов. В результате последующих распадов -мезонов образуется жесткое гамма-излучение с энергией гамма-квантов 70 МэВ.

Атомы антивещества пока не наблюдались. В экспериментах на ускорителях были зарегистрированы события образования легких антиядер в столкновениях адронов, В 1965 группа американских физиков под руководством Л. М. Ледермана (L. М. Lederman) наблюдала события образования ядер антидейтерия, в 1970 на протонном синхротроне Института физики высоких энергий в Протвино (близ г. Серпухов) группа советских физиков под руководством Ю. Д. Прокошкина зарегистрировала несколько событий образования ядер антигелия-3.

На Земле, в Солнечной системе и в непосредственно окружающем Солнечную систему космическом пространстве отсутствует сколько-нибудь заметное количество антивещества. Наблюдаемые в космических лучах позитроны и антипротоны можно объяснить их рождением при столкновениях частиц высоких энергий без привлечения гипотез о существовании макроскопических областей антивещества. В пользу этого указывает и отсутствие ядер антивещества в космических лучах. Непосредственное астрономическое наблюдение удаленного космического объекта из-за тождественности спектров электромагнитного излучения атомов вещества и антивещества не позволяет установить, состоит этот объект из вещества или антивещества. Астрономические проявления звезд из вещества и звезд из антивещества должны быть одинаковыми. Однако при наличии звезд из антивещества различные механизмы потери массы звездами приводили бы к появлению антивещества в межзвездной среде и его аннигиляции с межзвездным газом. Отсутствие интенсивного гамма-излучения, которое должно было бы наблюдаться при такой аннигиляции, налагает жесткое ограничение на концентрацию антивещества в галактиках (меньше 10^-15 от концентрации вещества) и в скоплениях галактик (меньше 10^-6 от концентрации вещества), т. е. наблюдательные данные гамма-астрономии указывают на отсутствие заметного количества антивещества в окружающем нас космическом пространстве вплоть до ближайшего скопления галактик.

Необходимость объяснить отсутствие сильного смешивания вещества и антивещества в космических масштабах, меньших скоплений галактик, является существенной трудностью космологических моделей, предполагающих равное количество вещества и антивещества во Вселенной. С другой стороны, анализ космологических следствий калибровочных теорий великого объединения взаимодействий, предсказывающих процессы с несохранением барионного числа, показывает, что неравновесные эффекты нарушения CP-инвариантности в таких процессах на очень ранних стадиях эволюции Вселенной (до первой секунды расширения) могли привести к барионной асимметрии Вселенной к преобладанию во Вселенной вещества. Однако возможность существования макроскопических областей антивещества не является пока окончательно исключенной наблюдениями. Такую возможность допускают и некоторые модели великого объединения со спонтанным нарушением CP-инвариантности, которые предсказывают существование макроскопических областей с преобладанием антивещества.

Проверка существования звезд из антивещества может быть в принципе осуществлена средствами нейтринной астрономии. Образование нейтронных звезд сопровождается превращением электронов и протонов в нейтроны с испусканием электронных нейтрино. В звездах из антивещества соответствующий процесс является источником электронных антинейтрино. Поэтому регистрация потоков космических антинейтрино с временными и энергетическими характеристиками, ожидаемыми для потоков нейтрино, образующихся при гравитационном коллапсе в нейтронную звезду, служило бы указанием на образование антинейтронных звезд. Более точная информация о том, происходила ли аннигиляция антивещества в ранней Вселенной, может быть получена из анализа ее возможного влияния на химический состав вещества, наблюдаемый в наше время. Экспериментальный базис такого анализа составляют проводимые в ЦЕРНе с 1983 эксперименты советских и итальянских ученых по исследованию взаимодействия антипротонов с легкими ядрами.