Nowe badanie może pomóc odpowiedzieć na jedną z największych tajemnic wszechświata: dlaczego jest więcej materii niż antymaterii? Ta odpowiedź z kolei może wyjaśnić, dlaczego istnieje wszystko, od atomów po czarne dziury.
Miliardy lat temu, wkrótce po Wielkim Wybuchu, kosmiczna inflacja rozciągnęła maleńkie nasiono naszego wszechświata i przekształciła energię w materię. Fizycy uważają, że początkowo inflacja wytworzyła taką samą ilość materii i antymaterii, które unicestwiają się w kontakcie. Ale potem wydarzyło się coś, co przechyliło szalę na korzyść materii, umożliwiając powstanie wszystkiego, co możemy zobaczyć i dotknąć - a nowe badanie sugeruje, że wyjaśnienie jest ukryte w bardzo niewielkich zmarszczkach w czasoprzestrzeni.
„Jeśli zaczniesz od równego składnika materii i antymaterii, skończy się to brakiem niczego”, ponieważ antymateria i materia mają równy, ale przeciwny ładunek, powiedział główny autor badań Jeff Dror, badacz z tytułem doktora na University of California , Berkeley i badacz fizyki w Lawrence Berkeley National Laboratory. „Wszystko by po prostu unicestwiło”.
Oczywiście wszystko nie unicestwiło, ale badacze nie są pewni, dlaczego. Odpowiedź może obejmować bardzo dziwne cząstki elementarne zwane neutrinami, które nie mają ładunku elektrycznego i mogą działać jako materia lub antymateria.
Jednym z pomysłów jest to, że około miliona lat po Wielkim Wybuchu wszechświat ochłodził się i przeszedł przemianę fazową, zjawisko podobne do tego, jak wrząca woda zamienia ciecz w gaz. Ta zmiana fazy spowodowała, że rozkładające się neutrina wytworzyły więcej materii niż antymaterii dzięki „małej, małej ilości” - powiedział Dror. Ale „nie ma bardzo prostych sposobów - ani prawie żadnych sposobów - na zbadanie i zrozumienie, czy rzeczywiście miało to miejsce we wczesnym wszechświecie”.
Ale Dror i jego zespół, poprzez modele teoretyczne i obliczenia, wymyślili sposób, w jaki możemy być w stanie zobaczyć to przejście fazowe. Zaproponowali, że zmiana stworzyłaby niezwykle długie i wyjątkowo cienkie nici energii zwane „kosmicznymi sznurkami”, które wciąż przenikają wszechświat.
Dror i jego zespół zdali sobie sprawę, że te kosmiczne struny najprawdopodobniej spowodują bardzo niewielkie fale w czasoprzestrzeni zwane falami grawitacyjnymi. Wykryj te fale grawitacyjne i możemy odkryć, czy ta teoria jest prawdziwa.
Najsilniejsze fale grawitacyjne w naszym wszechświecie występują, gdy dochodzi do wybuchu supernowej lub gwiazdy; kiedy dwie duże gwiazdy krążą wokół siebie; lub gdy dwie czarne dziury łączą się, według NASA. Ale proponowane fale grawitacyjne powodowane przez kosmiczne struny byłyby znacznie mniejsze niż te, które nasze instrumenty wykryły wcześniej.
Jednak gdy zespół modelował to hipotetyczne przejście fazowe w różnych warunkach temperaturowych, które mogły wystąpić podczas tego przejścia fazowego, dokonał zachęcającego odkrycia: we wszystkich przypadkach struny kosmiczne wytworzyłyby fale grawitacyjne, które byłyby wykrywalne przez przyszłe obserwatoria, takie jak Interferometr laserowy Europejskiej Agencji Kosmicznej (LISA) i zaproponował Obserwatora Wielkiego Wybuchu oraz Obserwatorium Interferometru Grawitacyjnego Fali (DECIGO) japońskiej agencji badań kosmicznych.
„Jeśli te struny są wytwarzane w wystarczająco wysokich skalach energii, rzeczywiście wytwarzają fale grawitacyjne, które mogą być wykryte przez planowane obserwatoria” - powiedział Live Science Tanmay Vachaspati, fizyk teoretyczny z Arizona State University, który nie był częścią badania.
Odkrycia zostały opublikowane 28 stycznia w czasopiśmie Physical Review Letters.
Nota edytora: Ta historia została zaktualizowana, aby poprawić organizacje odpowiedzialne za LISA. Jest prowadzony przez Europejską Agencję Kosmiczną, a nie NASA, która współpracuje przy projekcie.
