Разгадка тайны, окружающей космическую материю — Eurasia Review

В начале своей истории, вскоре после Большого взрыва, Вселенная была заполнена равным количеством материи и «антиматерии» — частицами, которые являются изотопами материи, но с противоположным зарядом. Но затем, когда пространство расширилось, Вселенная остыла. Сегодняшний мир полон галактик и звезд, состоящих из материи. Куда делась антиматерия и как материя захватила Вселенную? Это космическое происхождение материи продолжает сбивать с толку ученых.

Физики из Калифорнийского университета в Риверсайде и Университета Цинхуа в Китае открыли новый путь к изучению космического происхождения материи, назвав его «космическим коллайдером».

Не просто коллайдер

Высокоэнергетические коллайдеры, такие как Большой адронный коллайдер, созданы для производства чрезвычайно тяжелых субатомных элементарных частиц, которые могут открыть новую физику. Но некоторые новые физики, такие как та, которая объясняет темную материю и происхождение материи, могут включать гораздо более тяжелые частицы и требовать гораздо больше энергии, чем может обеспечить искусственный коллайдер. Оказывается, ранняя Вселенная могла быть суперколлайдером.

Широко распространено мнение, что космическая инфляция, эпоха, когда Вселенная расширялась с ускорением, предшествовала Большому взрыву, объяснил Яно Кой, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета.

«Космическая инфляция обеспечила очень энергетическую среду, позволяющую производить новые тяжелые частицы в дополнение к их взаимодействиям», — сказал Кой. «Инфляционная Вселенная вела себя точно так же, как космический коллайдер, за исключением того, что энергия была в 10 миллиардов раз больше, чем у любого искусственного коллайдера».

Согласно Куи, микроскопические структуры, созданные энергетическими событиями во время инфляции, расширялись по мере расширения Вселенной, что приводило к областям различной плотности в однородной Вселенной. Впоследствии эти микроскопические структуры породили крупномасштабную структуру нашей Вселенной, которая сегодня проявляется в виде распределения галактик по небу. Цуй объяснил, что новая физика субатомных частиц может быть раскрыта путем изучения сигнатуры космического коллайдера в содержимом современной Вселенной, например, в галактиках и космическом микроволновом фоне.

Цуй и Чжун-Чжи Сяньюй, доцент кафедры физики Университета Цинхуа, сообщают в журнале сообщения физического обзора Что, применяя физику Космического Коллайдера и используя точные данные для измерения структуры нашей Вселенной из предстоящих экспериментов, таких как SPHEREx и 21-сантиметровая линейная томография, можно раскрыть тайну космического происхождения материи.

«Тот факт, что в нашей современной Вселенной преобладает материя, остается одной из самых давних загадок современной физики», — сказал Кой. «Тонкий дисбаланс или асимметрия между материей и антиматерией в ранней Вселенной необходим для достижения господства материи сегодня, но не может быть достигнут в известных рамках фундаментальной физики».

Состав лептогенеза спешит на помощь

Цуй и Сяньюй предлагают проверить кроветворение — хорошо известный механизм, объясняющий происхождение барионной асимметрии — газа и видимых звезд — в нашей Вселенной. Если бы Вселенная началась с равных количеств материи и антиматерии, они бы аннигилировали друг друга в фотонном излучении, не оставив после себя ничего. Поскольку материя сегодня намного превосходит антиматерию, для объяснения дисбаланса требуется асимметрия.

«Процесс образования лептина — один из самых неотложных механизмов создания асимметрии материи и антиматерии», — сказал Кой. «Он включает в себя новую фундаментальную частицу, правое нейтрино. Однако долгое время считалось, что проверить образование лептина почти невозможно, потому что масса правостороннего нейтрино обычно в больших количествах превышает возможности самой большой энергии. когда-либо построенный коллайдер, Большой адронный коллайдер.

В новой работе предлагается проверить формирование кругов путем расшифровки подробных статистических свойств пространственного распределения объектов в наблюдаемой сегодня космической структуре, напоминающих микроскопическую физику во время космической инфляции. Исследователи утверждают, что воздействие космического коллайдера позволяет производить сверхтяжелые правосторонние нейтрино в инфляционную эпоху.

«В частности, мы показываем, что предпосылки для генерации асимметрии, в том числе взаимодействия и массы правого нейтрино, играющего здесь ключевую роль, могут оставлять отчетливые отпечатки в статистике пространственного распределения галактик или космического микроволнового фона и могут быть точно измерены», — сказал Кой. «Астрофизические наблюдения, ожидаемые в ближайшие годы, могут обнаружить такие сигналы и раскрыть космическое происхождение материи».

Цуй был поддержан в исследованиях грантом Министерства энергетики США.

Название статьи — «Исследование лептогенеза с помощью космического коллайдера».