По мнению ученых, доминирование вещества над антивеществом может быть связано со сверхтяжелыми нейтрино с правой спиральностью.
В случае, если инфляционная модель окажется корректной, наличие этих микрочастиц должно было оставить свой отпечаток в крупномасштабной структуре Вселенной.
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) и Университета Цинхуа (КНР) разработали метод, который, возможно, объясняет одну из ключевых нерешенных проблем современной физики — барионную асимметрию Вселенной. Согласно их вычислениям, преобладание обычного вещества, которое мы наблюдаем, может быть результатом распада тяжелых правосторонних нейтрино на заре существования Вселенной. В случае подтверждения инфляционной теории, следы этих нейтрино можно обнаружить в неоднородностях в распределении галактик и в реликтовом излучении, присутствующем в космическом пространстве, пишут ученые в Physical Review Letters.
Антивещество представляет собой атомы, являющиеся зеркальными отражениями по электрическому заряду. Так, если атом водорода состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электрона, то атом антиводорода формируется из отрицательно заряженного ядра и положительно заряженного электрона. Такие физические теории, как Стандартная модель и общая теория относительности говорят, согласно исследованиям, количество антивещества во Вселенной должно быть равно количеству вещества. Подобные симметрии являются характерной особенностью природы, в то время как отклонения от них требуют отдельного обоснования.
Однако в реальности ученые наблюдают абсолютное доминирование обычного вещества. Из него созданы галактики, звезды, планеты и живые существа, тогда как антивещество никогда не регистрировалось в значимых количествах. Вообще говоря, это хорошая новость для людей. Антивещество при встрече с веществом аннигилирует — то есть, взрывается с максимально возможной мощностью, переводя всю массу в энергию. Если бы Вселенная произвела равное количество вещества и антивещества, то они бы взаимоуничтожили друг друга, наполнив мир чистым излучением вместо галактик, звезд и планет с живыми существами. Но для ученых наблюдаемая асимметрия между веществом и антивеществом — одна из крупнейших проблем, которую нужно решать.
Физики предлагают искать ответ на проблему барионной асимметрии Вселенной в распаде правосторонних (или стерильных) нейтрино. Это предполагаемые нейтрино, у которых спин ориентирован параллельно направлению их движения. Предполагаемые — поскольку они не наблюдаются в природе и не могут быть созданы посредством существующих сил (в отличие от антивещества). Для их создания потребовалось бы слишком много энергии, даже Большой Адронный коллайдер не обладает достаточной мощностью. Однако в первые моменты существования Вселенной (порядка 10⁻³⁶ секунды) энергетическая плотность была в 10 триллионов раз выше, чем в БАК, и правосторонние нейтрино должны были образовываться в значительном количестве. Их последующий распад мог стать причиной барионной асимметрии Вселенной.
Впрочем, нет нужды проверять эту теорию экспериментально, поскольку можно обратиться к истории Вселенной, используя инфляционную модель. Эта модель объясняет наблюдаемую однородность Вселенной, которую не способна объяснить теория Большого взрыва. Согласно инфляционной модели, в первые моменты своего существования Вселенная испытала колоссальное расширение (за миллионную долю секунды ее объем увеличился в 10 в 78 степени), и малейшие квантовые флуктуации были запечатлены в наблюдаемой крупномасштабной структуре космоса. Следовательно, в этой структуре можно обнаружить и отпечатки существования правосторонних нейтрино. Такой подход получил название космологического коллайдера, где роль коллайдера (ускорителя частиц) играет период инфляционного расширения Вселенной.
Суть новой работы физиков из США и Китая заключается в демонстрации того, как космос способен сохранять информацию об этапах инфляционного расширения словам Яноу Цуй из Калифорнийского университета считает, что эти сверхтяжелые частицы должны были оставить заметные следы в трехмерной структуре Вселенной, которые вскоре можно будет обнаружить с помощью телескопов. В случае подтверждения этой гипотезы, одна из ключевых загадок физики, вероятно, будет разрешена.