Wyjaśnienie pochodzenia materii we Wszechświecie

Naukowcy z UCLA sugerują możliwe wyjaśnienie zagadki pochodzenia materii we Wszechświecie. Źródło: NASA

Większość praw fizyki traktuje cząstki i antycząstki tak samo. Zastanawiające więc może być dlaczego gwiazdy i planety są zawsze zbudowane z materii (nie znamy przypadków takich ciał złożonych z antymaterii). Taka faworyzująca materię asymetria przyrody była od dawna jedną z wielkich zagadek współczesnej nauki.

Jednakże najnowsze odkrycia naukowców z Los Angeles (UCLA) dają nam jedno z możliwych wyjaśnień tego zagadnienia: problemu pochodzenia całej materii Wszechświata. Alexander Kusenko i jego zespół uważają, że asymetria materia-antymateria może wiązać się z niedawno odkrytą przez fizyków cząstką – bozonem Higgsa. Cząstka ta została po raz pierwszy oficjalnie znaleziona w Szwajcarii, przy pomocy Wielkiego Zderzacza Cząstek (LHC), w 2012 roku.

Według naukowców asymetria mogła powstać w wyniku ruchów tzw. pola Higgsa, które jest związane z obecnością bozonu Higgsa, i które nadaje masę cząstkom oraz odpowiadającym im antycząstkom w tym okresie, gdy cały Wszechświat był tymczasowo niestabilny. Ta niestabilność mogła doprowadzić do pojawienia się niewielkiej nadwyżki cząstek materii nad cząstkami antymaterii.

Gdy cząstka i jej antycząstka spotykają się, ulegają razem anihilacji, która prowadzi ostatecznie do emisji dwóch fotonów (lub pary innych cząstek). W tzw. „pierwotnej zupie” cząstek, która istniała zaraz po Wielkim Wybuchu, ilości cząstek materii i antymaterii były niemal sobie równe. Istniała jednak już wówczas niewielka nadwyżka materii „zwykłej”: jedna cząstka na 10 miliardów cząsteczek. W miarę jak Wszechświat ulegał ochładzaniu, cząstki masowo anihilowały ze swymi antycząstkami. Pozostała po tym procesie jedynie niewielka nadwyżka początkowych zwykłych cząsteczek materii. Ta „niewielka” nadwyżka to obserwowane dziś gwiazdy i galaktyki.


Odkrycie nadającej masy wszystkim innym cząstkom cząstki Higgsa w roku 2012 zostało okrzyknięte jednym z największych dokonać nauki ostatnich dziesięcioleci. Ale istnienie bozonu Higgsa proponowano po raz pierwszy już blisko 50 lat temu – miała ona być wówczas kluczowym elementem rodziny cząstek w Modelu Standardowym. Fizycy z Wielkiego Zderzacza Hadronów dokonali czegoś wielkiego – zmierzyli jej masę, która okazała się być bardzo szczególna. Pasowała ponadto do hipotezy silnego pola Higgsa, istniejącego w pierwszych chwilach po narodzinach Wszechświata, czyli Wielkim wybuchu. Według A. Kusenko pole to miało z czasem osiągnąć obserwowany obecnie stan równowagi w tzw. procesie „relaksacji Higgsa”.

Cały
artykuł: Kusenko, Alexander; Pearce, Lauren; Yang, Louis, Postinflationary Higgs Relaxation and the Origin of Matter-Antimatter Asymmetry (Physical Review).

Liczba odsłon: 1550


Aparatura ASACUSA CUSP  w CERN służy do wytwarzania, łapania i przesyłania cząstek antywodoru. Źródło. CERN