В самом начале существования Вселенной, вскоре после Большого взрыва, пространство наполнилось материей и антиматерией. Но по мере расширения Вселенная охлаждалась, и сегодня она полна звезд и галактик, созданных из вещества, тогда как, по подсчетам астрофизиков, количество частиц антиматерии поразительно небольшое. Ученые из Китая и США разработали новый метод исследования происхождения материи при помощи «космологического коллайдера».
Ускорители частиц вроде Большого адронного коллайдера ЦЕРНа, создают очень тяжелые субатомные элементарные частицы для объяснения загадок Вселенной. Но для ответа на многие вопросы физики, например, для объяснения темной материи и происхождения материи, требуются намного более высокие энергии, чем у коллайдеров, созданных руками человека. Оказывается, помочь ученым может космос.
Существование «предыдущей» Вселенной получило математическое подтверждение
Авторы исследования полагают, что расширение Вселенной обеспечило высокоэнергетическую среду, пригодную для создания тяжелых частиц и их взаимодействий. Эта расширяющаяся Вселенная вела себя в точности как космологический коллайдер, за тем исключением, что его энергия была в 10 млрд раз больше, чем у любого ускорителя частиц, созданного человеком, пишет Science Daily.
Микроскопические структуры, созданные в ходе расширения Вселенной, растягивались, что привело к образованию областей различной плотности в гомогенной в целом Вселенной. Постепенно эти структуры распространились по Вселенной, став современными галактиками. Изучение результатов работы космологического коллайдера — например, галактик или реликтового излучения — может открыть путь к новой физике субатомных частиц.
«Тот факт, что в современной Вселенной господствует материя, остается самой сложной, неразрешимой загадкой современной физики, — сказала Цуй Яноу из Калифорнийского университета в Риверсдейле. — Необходим легкий дисбаланс или асимметрия между материй и антиматерией в ранней Вселенной, чтобы достичь нынешнего господства материи, но его невозможно объяснить в рамках известной фундаментальной физики».
Если бы количество материи и антиматерии в ранней Вселенной было равным, частицы взаимно уничтожили бы друг друга. Но раз этого не произошло, можно предположить наличие дисбаланса. Профессор Цуй и ее коллеги предлагают изучать так называемый лептогенез — механизм, объясняющий происхождение барионной асимметрии.
Однако долгое время считалось, что проверить гипотезу лептогенеза почти невозможно из-за свойств правостороннего нейтрино — важного элемента этой гипотезы — и ограничений Большого адронного коллайдера.
В новой статье физики предлагают исследовать лептогенез, проанализировав статистические свойства пространственного распределения объектов в наблюдаемой сегодня космической структуре, возникшей в процессе трансформации микроскопических структур по мере расширения Вселенной. Этот эффект космологического коллайдера и является, по мнению ученых, причиной появления сверхтяжелых правосторонних нейтрино в эпоху расширения.
«В частности, мы показали, что существенные условия для асимметрической генерации, включая взаимодействия и массы правосторонних нейтрино, ключевых игроков, могут оставлять значимый след в статистике пространственного распределения галактик или реликтового излучения и могут быть с точностью измерены, — сказала Цуй. — Астрофизические наблюдения, предпринятые в ближайшие годы, могли бы обнаружить такие сигналы и раскрыть космическое происхождение материи».
Эксперимент, проведенный физиками из коллаборации BASE при ЦЕРН, показал, что вещество и антивещество реагируют на воздействие гравитации до определенной степени одинаково. Однако если другие команды физиков получат результаты, которые отличаются от измерений этой группы, это может привести к появлению совершенно новой физики.
По информации https://hightech.plus/2022/09/09/kosmologicheskii-kollaider-pomozhet-raskrit-tainu-materii-vo-vselennoi
