Dlaczego nasz Wszechświat istnieje? Odpowiedź tkwi w tej cząsteczce
Istniejemy dzięki czemuś, co wydarzyło się tuż po Wielkim Wybuchu. A możemy zawdzięczać to cząstce, o której fizycy niemal zapomnieli.
Zapomniana cząstka, która ocaliła materię
Fizycy od dawna pytają, dlaczego we Wszechświecie jest w ogóle jakaś materia. Jest to klasyczne pytanie Leibniza: "Dlaczego istnieje raczej coś niż nic?".
Wszystko wskazuje na to, że po Wielkim Wybuchu powstały niemal równe ilości materii i antymaterii. Kiedy one się spotykają, znikają, a następnie zamieniają się w energię. Gdyby ich ilości były idealnie równe, nie zostałoby po tym procesie nic. Nie byłoby z czego zrobić gwiazd, planet ani życia.
Badacze z Uniwersytetu w Southampton i Indyjskiego Instytutu Technologii w Kanpur uważają, że znaleźli ważny element tej układanki. Chodzi o mało znanego krewnego neutrina, czyli ekstremalnie lekkiej cząstki, która prawie nie oddziałuje ze zwykłą materią. Wyniki opublikowano w "Physical Review Letters".
Zespół wziął pod lupę tzw. "odprzęgnięte" ciężkie neutrino. To hipotetyczna, cięższa wersja zwykłego neutrino. Jest tak słabo powiązana z innymi cząstkami, że uznawano ją za bez znaczenia dla historii kosmosu. Okazało się jednak, że przez swój wyjątkowo długi czas życia mogła ona odgrywać znacznie większą rolę niż poprzednio myślano.
Z obliczeń wynika, że cząstka przetrwała na tyle długo, by na krótko zdominować gęstość energii Wszechświata, czyli ilość energii zawartej w danej przestrzeni. Działo się to podczas stygnięcia kosmosu po Wielkim Wybuchu. Taki epizod mógł zmienić warunki, w których materia zyskała przewagę nad antymaterią.
Fizyk dr Rishav Roshan z Uniwersytetu w Southampton współtworzył badanie. Mówi, że tę cząstkę uznawano dotąd za nieistotny detal w naszym poznaniu początków Wszechświata.
Cząstka ta jednak rozpada się niezwykle powoli i to dlatego tymczasowo zdominowała rozkład gęstości energii we Wszechświecie i zapoczątkowała okres, w którym zaczęła dominować materia.
Dotychczasowe próby wyjaśnienia przewagi materii zwykle pomijały to neutrino. Skoro oddziałuje tak słabo, zakładano, że nie wpłynęło na kluczowe procesy. Nowe badanie podważa to założenie. Nawet cząstka o skrajnie słabych oddziaływaniach może pośrednio zmienić warunki, w których materia zdobyła przewagę.
Ta nierównowaga to asymetria materii i antymaterii. Wczesny Wszechświat miał odrobinę więcej materii. Dzięki tej różnicy po wzajemnej anihilacji reszta cząstek została. Roshan podkreśla, że samo nasze istnienie dowodzi, że taka asymetria wystąpiła.
Według niego neutrino przesunęło temperaturę, przy której elektrony i inne lekkie cząstki zwane leptonami oddziaływały ze swoimi antycząstkami. Odbywało się to za pośrednictwem bozonu Higgsa, czyli cząstki powiązanej z mechanizmem nadającym masę wielu cząstkom elementarnym. Roshan porównuje tę temperaturę do przełącznika, który kształtuje powstawanie nierównowagi.
Współautor badania, dr Sudipta Show z instytutu w Kanpur mówi, że cząstka mogła radykalnie zmienić tempo rozszerzania się młodego kosmosu. Taka zmiana zostawia wykrywalne ślady w pierwotnych falach grawitacyjnych. To zmarszczki czasoprzestrzeni, które mogły powstać w najwcześniejszym Wszechświecie i niosą informacje o tamtej epoce. Jeśli uda się je wykryć, sprawdzimy, czy neutrino faktycznie wpłynęło na ewolucję kosmosu.
Na razie to wyłącznie teoria. Daje jednak fizykom nowy trop w jednej z największych zagadek kosmologii. To dość fascynujące, gdy uznawany za nieistotny detal - mógł w rzeczywistości okazać się kluczowym elementem, który sprawił, że Wszechświat nie jest pustką.
