Таємниця виживання матерії: фізики запропонували нову роль важких нейтрино

Чому наш Всесвіт наповнений зірками, планетами та життям, якщо після Великого вибуху матерія та антиматерія мали б повністю знищити одна одну? Фізики Рішав Росан із Саутгемптонського університету та Судіпта Шоу з Індійського технологічного інституту опублікували нову теоретичну модель у журналі Physical Review Letters. Вони припустили, що ключ до розгадки ховається у поведінці так званого третього важкого нейтрино, яке тривалий час вважали другорядним елементом теорій.

Коротко

• Теоретичні розрахунки показали, що надважке нейтрино могло тимчасово домінувати в енергетичному балансі раннього Всесвіту, сповільнюючи його розширення та змінюючи температурні умови.
• Згідно з моделлю, маса цієї частинки могла у 100 трильйонів разів перевищувати масу протона, що вплинуло на формування дисбалансу на користь звичайної речовини.
• Гіпотезу можна буде перевірити експериментально завдяки майбутнім спостереженням первинних гравітаційних хвиль та вимірюванню маси найлегшого нейтрино.

Механізм формування надлишку речовини

Згідно з класичними уявленнями, народження космосу супроводжувалося появою однакової кількості часток і античасток. Їхня масштабна анігіляція матерії та антиматерії мала б перетворити весь простір на чисте випромінювання. Проте мізерна частка звичайної речовини вціліла, і саме вона стала основою всього сущого у Всесвіті. Дослідники вважають, що розпад важких частинок створив необхідну асиметрію.

У відомому механізмі гойдалки (seesaw mechanism) фізики зазвичай розглядають два важких нейтрино, ігноруючи третє через його надмірну масу та слабку взаємодію. Проте Росан і Шоу довели, що в міру охолодження Всесвіту ця частка перейшла зі стану випромінювання у стан повільної матерії, перехопивши контроль над гравітаційним балансом космосу на ранньому етапі.

Це тимчасове домінування змінило температурні пороги взаємодії тау-лептонів, знизивши їх із 500 мільярдів до приблизно 70 чи навіть 42 мільярдів ГеВ. Такі умови дозволяють пояснити надлишок матерії набагато простішим набором фізичних параметрів. Читайте більше цікавого про фундаментальні дослідження у розділі новини науки нашого видання.