Физики предложили ответ, почему Вселенная не исчезла после Большого взрыва

Физики из Университета Саутгемптона и Индийского технологического института в Канпуре предложили новое объяснение того, почему во Вселенной сохранилось вещество, а не одна лишь энергия. В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, ученые показали, как тяжелая разновидность нейтрино могла повлиять на раннюю эволюцию космоса и создать условия для преобладания материи над антиматерией.

Согласно современным представлениям, Большой взрыв должен был породить материю и антиматерию почти в равных количествах. При встрече частицы и соответствующие им античастицы уничтожают друг друга, превращаясь в энергию. Если бы их изначально было поровну, большая часть вещества исчезла бы, и нынешняя Вселенная могла бы не сформироваться.

Однако материя все же получила небольшое преимущество. Благодаря этому появились звезды, планеты и мы сами. Почему возникла такая разница, физики до сих пор выясняют.

Исследователи из Великобритании и Индии обратили внимание на тяжелый нейтрино, который слабо взаимодействует с другими частицами и долгое время считался несущественным для решения этой задачи. Нейтрино — это элементарные частицы с очень малой массой, которые крайне редко взаимодействуют с веществом.

По расчетам команды, тяжелый нейтрино мог распадаться настолько медленно, что сохранялся в ранней Вселенной даже по мере ее охлаждения. На определенном этапе его энергия могла стать преобладающей, вызвав временный период, когда расширение космоса определялось главным образом материей.

«Этот отделившийся от остальной среды тяжелый нейтрино долгое время считался несущественной деталью физики частиц. Однако он распадается невероятно медленно. По мере охлаждения Вселенной после Большого взрыва частица жила достаточно долго, чтобы временно взять верх в энергетическом балансе и запустить период доминирования материи», — объяснил ведущий автор работы, доктор Ришав Рошан из Университета Саутгемптона.

По мнению исследователей, присутствие этой частицы могло изменить температуру, при которой фундаментальные частицы, включая электроны и другие лептоны, взаимодействовали со своими античастицами. В этих процессах участвует бозон Хиггса, связанный с механизмом возникновения масс у элементарных частиц.

«Эта температура работает как переключатель, определяющий, каким образом формировался дисбаланс между материей и антиматерией», — отметил Рошан.

Соавтор исследования, доктор Судипта Шоу из Индийского технологического института в Канпуре, считает, что результаты предлагают новое объяснение раннего расширения Вселенной и происхождения преобладания материи.

У гипотезы есть потенциально проверяемое следствие. Перемены в темпах расширения ранней Вселенной могли оставить след в первичных гравитационных волнах — слабых возмущениях пространства-времени, возникших на ранних этапах космической истории. Если ученым удастся обнаружить соответствующие признаки, это поможет проверить предложенный сценарий.

Пока работа представляет собой теоретическое объяснение, а не доказательство того, что именно тяжелый нейтрино обеспечил преимущество материи. Тем не менее она указывает на возможную роль частицы, которую ранее не считали важной для решения одной из главных загадок космологии.

Причиной загадочного излучения в Млечном Пути может быть темная материя

Нынешняя Вселенная стала результатом взрывов первичных черных дыр — гипотеза

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX