إنه سؤال يطارد البشرية منذ آلاف السنين، والآن اقترح باحثان من جامعة ساوثهامبتون ومعهد التكنولوجيا الهندي في كانبور إجابة تتضمن جسيمًا قضى الفيزيائيون عقودًا في تجاهله بأدب: النيوترينو الثقيل 'المنفصل'. تشير النظرية، المنشورة في مجلة Physical Review Letters، إلى أن هذا القريب المهمل من النيوترينو ربما كان العامل الحاسم في سبب بقاء المادة بعد الانفجار العظيم بينما لم تبقَ المادة المضادة.

المشكلة واضحة، وإن كانت مقلقة وجوديًا: أنتج الكون المبكر المادة والمادة المضادة بكميات شبه متساوية. وعندما تلتقيان، تفنيان بعضهما البعض في انفجار من الطاقة. لو كانت الكميات متوازنة تمامًا، لكانت virtually كل المادة قد اختفت، تاركةً لا نجوم ولا كواكب - والأهم من ذلك - لا أحد ليتأمل غياب النجوم والكواكب.

وهنا يأتي النيوترينو الثقيل المنفصل، وهو ابن عم افتراضي أثقل للنيوترينو العادي - وهو جسيم مشهور بالفعل بكونه خفيفًا للغاية ونادرًا ما يتفاعل مع المادة العادية. وقد اعتُبر النوع 'المنفصل' عمومًا ضعيف الارتباط بالجسيمات الأخرى لدرجة أنه لا يمكنه التأثير في أي شيء ذي شأن. لعقود، كان بمثابة كومبارس في فيزياء الجسيمات.

لكن وفقًا للحسابات الجديدة، فإن عمره الطويل بشكل غير عادي يغير المعادلة. ربما نجا الجسيم لفترة كافية ليسيطر مؤقتًا على كثافة طاقة الكون مع تبريد الكون بعد الانفجار العظيم، مما أطلق فترة تهيمن عليها المادة غيّرت كيفية تطور الكون المبكر.

قال الدكتور ريشاف روشان من جامعة ساوثهامبتون، أحد مؤلفي الدراسة، بصراحة: 'لطالما تم تجاهل هذا النيوترينو الثقيل المنفصل كتفصيل خلفي غير ذي صلة في فيزياء الجسيمات. ومع ذلك، فإنه يتحلل ببطء شديد. مع تبريد الكون بعد الانفجار العظيم، عاش الجسيم لفترة كافية ليسيطر مؤقتًا على كثافة طاقة الكون ويطلق فترة تهيمن عليها المادة.'

إن المحاولات السابقة لتفسير عدم التماثل بين المادة والمادة المضادة كانت تستبعد هذا الجسيم تمامًا، لأسباب تبدو معقولة مفادها أن شيئًا يتفاعل بضعف شديد يصعب أن يؤثر في العمليات المسؤولة عن خلق عدم التوازن. يتحدى البحث الجديد هذا الافتراض، ويجد أن حتى جسيمًا ذا تفاعلات ضعيفة للغاية يمكن أن يؤثر بشكل غير مباشر في الظروف التي اكتسبت فيها المادة ميزتها الحاسمة.

أضاف روشان: 'حقيقة أننا هنا على الإطلاق تثبت حدوث عدم تماثل بين المادة والمادة المضادة. لقد غيّر النيوترينو المنفصل درجة الحرارة في الكون المبكر التي تفاعلت عندها الجسيمات الأساسية - مثل الإلكترونات والليبتونات الأخرى - مع جسيماتها المضادة بمساعدة بوزون هيغز في النموذج القياسي. تعمل درجة الحرارة هذه كمفتاح يشكل كيفية بناء عدم التوازن بين المادة والمادة المضادة.'

بوزون هيغز، لمن يتابع، هو الجسيم الأساسي المرتبط بالآلية التي تمنح العديد من الجسيمات الأولية كتلتها. في سيناريو الباحثين، غيّر النيوترينو الثقيل ظروف درجة الحرارة التي تحكم التفاعلات الجسيمية الرئيسية التي تشمل هيغز، مما أدى فعليًا إلى تحريك توقيت تلك التفاعلات والتأثير في كيفية تطور عدم التوازن. بعبارة أخرى، ربما ساعد شيء طالما اعتُبر غير مهم في تحديد سبب احتواء الكون على المادة على الإطلاق.

للنظرية أيضًا آثار على كيفية توسع الكون في مراحله الأولى. قال المؤلف المشارك الدكتور سوديبتا شو من معهد التكنولوجيا الهندي في كانبور إن النتائج تشير إلى أن الجسيم المنسي ربما غيّر بشكل جذري تاريخ توسع الكون الفتي. وقال: 'إنها تقدم لنا تفسيرًا جديدًا لكيفية انتصار المادة. التحول الجذري في التوسع المبكر للكون يترك بصمات تغيرات مميزة لكن قابلة للكشف، على سبيل المثال على موجات الجاذبية البدائية. تفتح هذه البصمات لموجات الجاذبية آفاقًا جديدة لنا لكشف'