Det er et av de eldste problemene i universet: Siden materie og antimaterie tilintetgjør hverandre ved kontakt, og begge formene for materie eksisterte i øyeblikket av big bang, hvorfor er det et univers laget hovedsakelig av materie i stedet for ingenting i det hele tatt? Hvor ble det av all antimaterie?
“Det faktum at vårt nåværende univers er dominert av materie er fortsatt blant de mest forvirrende, langvarige mysteriene i moderne fysikk,” sa Yanou Cui, professor i fysikk og astronomi ved Riverside ved University of California. i en uttalelse delt denne uken. “En subtil ubalanse eller asymmetri mellom materie og antimaterie i det tidlige universet er nødvendig for å oppnå dagens materiedominans, men kan ikke realiseres innenfor den kjente rammen av grunnleggende fysikk.”
Det er teorier som kan svare på det spørsmålet, men de er ekstremt vanskelige å teste ved hjelp av laboratorieeksperimenter. Nå i et nytt papir publisert torsdag i tidsskriftet Fysiske gjennomgangsbrevDr Cui og hennes medforfatter, Zhong-Zhi Xianyu, assisterende professor i fysikk ved Tsinghua University, Kina, forklarer at de kan ha funnet en løsning rundt å bruke ettergløden fra selve big bang for å kjøre eksperimentet.
Teorien Drs Cui og Zhong-Zh ønsket å utforske er kjent som leptogenese, en prosess som involverer partikkelforfall som kunne ha ført til asymmetrien mellom materie og antimaterie i det tidlige universet. En asymmetri i visse typer elementærpartikler i de aller tidligste øyeblikkene av kosmos, kunne med andre ord ha vokst over tid og gjennom ytterligere partikkelinteraksjoner inn i asymmetrien mellom materie og antimaterie som gjorde universet slik vi kjenner det – og livet – mulig.
“Leptogenese er blant de mest overbevisende mekanismene som genererer materie-antimaterie-asymmetri,” sa Dr Cui i en uttalelse. “Det involverer en ny fundamental partikkel, den høyrehendte nøytrinoen.”
Men, la Dr Cui til, å generere en høyrehendt nøytrino ville kreve mye mer energi enn det som kan genereres i partikkelkollidere på jorden.
“Å teste leptogenese er nesten umulig fordi massen til den høyrehendte nøytrinoen typisk er mange størrelsesordener utenfor rekkevidden til den høyeste energikollideren som noen gang er bygget, Large Hadron Collider,” sa hun.
Dr Cuis og hennes medforfatteres innsikt var at forskere kanskje ikke trenger å bygge en kraftigere partikkelkolliderer, fordi selve forholdene de ønsker å skape i et slikt eksperiment allerede eksisterte i noen deler av det tidlige universet. Inflasjonsperioden, en epoke med eksponentiell utvidelse av tid og rom selv som varte i bare brøkdeler av et sekund etter big bang, ….
“Kosmisk inflasjon ga et svært energisk miljø, som muliggjorde produksjon av tunge nye partikler så vel som deres interaksjoner,” sa Dr Cui. “Inflasjonsuniverset oppførte seg akkurat som en kosmologisk kolliderer, bortsett fra at energien var opptil 10 milliarder ganger større enn noen menneskeskapt kolliderer.”
Dessuten kan resultatene av disse naturlige kosmologiske kollider-eksperimentene bli bevart i dag i distribusjonen av galakser, så vel som den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, ettergløden av big bang som astrofysikere har hentet mye av sin nåværende forståelse av utviklingen av kosmos fra. .
“Spesifikt demonstrerer vi at essensielle forhold for asymmetrigenereringen, inkludert interaksjonene og massene til den høyrehendte nøytrinoen, som er nøkkelspilleren her, kan etterlate karakteristiske fingeravtrykk i statistikken over den romlige fordelingen av galakser eller kosmisk mikrobølgebakgrunn og kan måles nøyaktig,” sa Dr Cui, selv om det gjenstår å gjøre disse målingene, la hun til. “De astrofysiske observasjonene som forventes i de kommende årene kan potensielt oppdage slike signaler og avdekke materiens kosmiske opprinnelse.”