Wetenschappers geloven dat ze een van de oudste problemen in het universum hebben opgelost

Het is een van de oudste problemen in het universum: aangezien materie en antimaterie elkaar vernietigen bij contact, en beide vormen van materie bestonden op het moment van de oerknal, waarom is er dan een universum dat voornamelijk uit materie bestaat in plaats van helemaal niets? Waar is alle antimaterie gebleven?

“Het feit dat ons huidige universum wordt gedomineerd door materie, blijft een van de oudste mysteries van de moderne natuurkunde”, zegt Yano Koi, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan Riverside, University of California. in de huidige situatie Ik heb het deze week gedeeld. “Een subtiele onbalans of asymmetrie tussen materie en antimaterie in het vroege heelal is vereist om de dominantie van materie vandaag te bereiken, maar kan niet worden bereikt binnen het bekende kader van de fundamentele fysica.”

Er zijn theorieën die deze vraag kunnen beantwoorden, maar het is erg moeilijk om ze te testen met behulp van laboratoriumexperimenten. Momenteel nieuw papier Donderdag gepubliceerd in het magazine fysieke beoordelingsberichtenDr. Cui en haar co-auteur, Zhong-Zhi Xianyu, assistent-professor natuurkunde aan de Tsinghua University, China, leggen uit dat ze mogelijk met werk zijn gekomen om de nagloed van de oerknal zelf te gebruiken om het experiment uit te voeren.

De theorie die Dr. Tsui en Chung-Chi wilden onderzoeken, staat bekend als de vorming van leptogeen, een proces waarbij deeltjes in verval raken en dat zou kunnen leiden tot de asymmetrie tussen materie en antimaterie in het vroege heelal. Met andere woorden, de asymmetrie in bepaalde soorten elementaire deeltjes in de vroege momenten van het universum zou in de loop van de tijd en door meer interacties van deeltjes kunnen zijn gegroeid tot de asymmetrie tussen materie en antimaterie die het universum zoals wij dat kennen – en leven – mogelijk maakte.

“De vorming van leptogeen is een van de meest dwingende mechanismen die asymmetrie tussen materie en antimaterie genereren”, zei Dr. Cui in een verklaring. “Het gaat om een ​​nieuw fundamenteel deeltje, het rechtshandige neutrino.”

Dr. Coy voegde eraan toe dat het genereren van het rechtshandige neutrino veel meer energie vereist dan kan worden gegenereerd bij deeltjesbotsingen op aarde.

“Het testen van de vorming van leptogeen is bijna onmogelijk, omdat de massa van het rechtshandige neutrino meestal in grote aantallen is die de capaciteit van de grootste botser die ooit is gemaakt, de Large Hadron Collider, overtreft,” zei ze.

De mening van Dr. Koi en haar co-auteurs was dat wetenschappers misschien geen krachtigere deeltjesversneller hoeven te bouwen, omdat de omstandigheden die ze zouden willen creëren in een dergelijk experiment al bestonden in sommige delen van het vroege universum. De inflatieperiode, het tijdperk van dezelfde exponentiële expansie van tijd en ruimte die milliseconden duurde na de oerknal, ….

“Kosmische inflatie heeft gezorgd voor een zeer energetische omgeving, die de productie van nieuwe zware deeltjes mogelijk maakt naast hun interacties”, zei Dr. Coy. “Het inflatoire universum gedroeg zich net als de kosmische botser, behalve dat de energie tot 10 miljard keer groter was dan welke door de mens gemaakte botser dan ook.”

Bovendien kunnen de resultaten van deze natuurlijke Cosmic Collider-experimenten vandaag de dag worden bewaard in de distributie van sterrenstelsels, evenals in de kosmische microgolfachtergrond, de nagloed van de oerknal waaruit astrofysici veel van hun huidige begrip van de evolutie van het universum hebben geput. . .

“In het bijzonder laten we zien dat de voorwaarden voor het genereren van asymmetrie, inclusief de interacties en massa’s van het rechterneutrino, dat hier de belangrijkste speler is, duidelijke afdrukken kunnen achterlaten in de statistieken van de ruimtelijke verdeling van sterrenstelsels of de kosmische microgolfachtergrond, “Zei Dr. Het maken van deze metingen moet echter nog gebeuren, voegde ze eraan toe. “Verwachte astrofysische waarnemingen in de komende jaren zouden dergelijke signalen kunnen detecteren en de kosmische oorsprong van materie kunnen onthullen.”