Вчені припускають, що причина домінування речовини над антиречовиною криється в надважких правобічних нейтрино. Якщо інфляційна модель вірна, сліди існування цих мікрочастинок повинні були відбитися у великомасштабній структурі Всесвіту.
Карта температур реліктового випромінювання, синій і червоний кольори відображають різницю температури в 18 мільйонних часток градуса. Для пояснення такої однорідності Всесвіту вчені розробили інфляційну модель / © NASA, DMR, Cobe Project
Дослідники з Каліфорнійського університету в Ріверсайді (США) і Університету Цінхуа (КНР) запропонували спосіб вирішення однієї з головних загадок сучасної фізики — баріонної асиметрії Всесвіту. За їх розрахунками, спостережуване домінування звичайної речовини можна пояснити розпадом важких правобічних нейтрино в перші миті життя Всесвіту. Якщо інфляційна теорія вірна, то знайти сліди цих нейтрино можна в неоднорідностях розподілу галактик і реліктового випромінювання в космічному просторі, пишуть вчені в Physical Review Letters.
Антиречовина – це атоми, дзеркально відбиті по електричному заряду. Наприклад, якщо атом водню має позитивно заряджене ядро і негативно заряджений електрон, то атом антиводню складається з негативно зарядженого ядра і позитивно зарядженого електрона. Існуючі фізичні теорії на зразок Стандартної моделі і загальної теорії відносності говорять, що антиречовини у Всесвіті має бути стільки ж, скільки і речовини. Подібні симетрії взагалі природні для природи, тоді як порушення симетрії потрібно обґрунтовувати окремо.
Однак в реальності вчені спостерігають абсолютне домінування звичайної речовини. З нього створені галактики, зірки, планети і живі істоти, тоді як антиречовина ніколи не реєструвалася в значущих кількостях. Взагалі кажучи, це гарна новина для людей. Антиречовина при зустрічі з речовиною анігілює — тобто, вибухає з максимально можливою потужністю, переводячи всю масу в енергію. Якби Всесвіт породив рівну кількість речовини і антиречовини, то вони б взаємознищили один одного, наповнивши світ чистим випромінюванням замість галактик, зірок і планет з живими істотами. Але для вчених спостережувана асиметрія між речовиною і антиречовиною — одна з найбільших проблем, яку потрібно вирішувати.
Ознаки присутності правосторонніх нейтрино на тлі сигналів звичайних лівосторонніх / © UCR
- Астрономи знайшли молодий і дуже розсіяний пульсар
- Найпотужніший у світі лазер використовували, щоб заглянути всередину червоних зірок
Фізики пропонують шукати відповідь на проблему баріонної асиметрії Всесвіту в розпаді правобічних (або стерильних) нейтрино. Це гіпотетичні нейтрино, проекція спіну яких збігається з напрямком їх руху. Гіпотетичні – тому, що в природі вони не зустрічаються і своїми силами їх створити неможливо (на відміну від антиречовини). Надто вже багато енергії на це доведеться затратити, навіть Великий адронний колайдер не впорається. Зате в перші миті існування Всесвіту (близько 10 в -36 ступеня секунд) щільність енергії була в 10 трильйонів разів вище, ніж в ВАК, і правобічні нейтрино повинні були з’являтися в надлишку. Їх подальший розпад міг стати причиною баріонної асиметрії Всесвіту.
Втім, немає потреби перевіряти цю теорію експериментально, якщо можна звернутися безпосередньо до історії Всесвіту за допомогою інфляційної моделі. Ця модель покликана пояснити видиму однорідність Всесвіту, яку не може пояснити Теорія Великого вибуху. Згідно з інфляційною моделю, Всесвіт в перші моменти свого життя розширювався з колосальною швидкістю (за мільйонну частку секунди обсяг збільшився в 10 в 78 ступеня разів), і найменші квантові флуктуації закарбувалися в спостережуваній великомасштабній структурі космосу. А значить, в цій структурі можна знайти і відбитки існування правобічних нейтрино. Такий підхід отримав назву космологічного колайдера, де роль колайдера (прискорювача частинок) грає період інфляційного розширення Всесвіту.
У цьому полягає суть нової роботи фізиків з США і Китаю: вони показують, як саме космос може зберігати в собі сліди процесів, які відбувалися в період інфляційного розширення. За словами Яноу Цуй з Каліфорнійського університету, ці надважкі частинки повинні були залишити виразні відбитки свого існування в тривимірній структурі Всесвіту, які можна знайти за допомогою телескопів вже в найближчі роки. Тоді одна з головних загадок фізики, нарешті, буде вирішена.