Het is een vraag die de mensheid al millennia achtervolgt, en nu hebben twee onderzoekers van de University of Southampton en het Indian Institute of Technology Kanpur een antwoord voorgesteld dat een deeltje betreft dat natuurkundigen decennialang beleefd hebben genegeerd: een 'ontkoppeld' zwaar neutrino. De theorie, gepubliceerd in Physical Review Letters, suggereert dat deze over het hoofd geziene verwant van het neutrino wel eens de beslissende factor zou kunnen zijn geweest waarom materie de Oerknal overleefde en antimaterie niet.

Het probleem is rechttoe rechtaan, zij het existentieel alarmerend: het vroege heelal produceerde materie en antimaterie in vrijwel gelijke hoeveelheden. Wanneer de twee elkaar ontmoeten, annihileren ze elkaar in een uitbarsting van energie. Als de hoeveelheden perfect in balans waren geweest, zou vrijwel alle materie zijn verdwenen, zonder sterren, zonder planeten en – belangrijker nog – zonder iemand om over de afwezigheid van sterren en planeten na te denken.

Tenzij de ontkoppelde zware neutrino, een hypothetische zwaardere neef van het gewone neutrino – een deeltje dat al beroemd is omdat het extreem licht is en zelden met gewone materie in wisselwerking treedt. De 'ontkoppelde' variant werd over het algemeen beschouwd als te zwak verbonden met andere deeltjes om enige invloed van betekenis te hebben. Decennialang was het de deeltjesfysica-equivalent van een figurant.

Maar volgens de nieuwe berekeningen verandert zijn ongebruikelijk lange levensduur de rekensom. Het deeltje zou lang genoeg hebben overleefd om tijdelijk de energiedichtheid van het heelal te domineren terwijl de kosmos afkoelde na de Oerknal, wat een materie-gedomineerde periode op gang bracht die veranderde hoe het vroege heelal zich ontwikkelde.

Dr. Rishav Roshan van de University of Southampton, een van de auteurs van de studie, zei het ronduit: "Dit ontkoppelde zware neutrino werd lang afgedaan als een irrelevant achtergronddetail in de deeltjesfysica. Maar het vervalt ongelooflijk langzaam. Terwijl de kosmos afkoelde na de Oerknal, leefde het deeltje lang genoeg om tijdelijk de energiedichtheid van het heelal over te nemen en een materie-gedomineerde periode te ontketenen."

Eerdere pogingen om de materie-antimaterie-asymmetrie te verklaren lieten dit deeltje meestal helemaal buiten beschouwing, op grond van de redelijk klinkende argumentatie dat iets dat zo zwak in wisselwerking staat nauwelijks invloed kon hebben op de processen die verantwoordelijk waren voor het ontstaan van de onbalans. Het nieuwe onderzoek daagt die aanname uit en stelt vast dat zelfs een deeltje met extreem zwakke wisselwerkingen indirect de omstandigheden kan hebben beïnvloed waaronder materie haar cruciale voorsprong verwierf.

"Het feit dat we hier überhaupt zijn, bewijst dat er een asymmetrie tussen materie en antimaterie is opgetreden", voegde Roshan toe. "Het ontkoppelde neutrino verschoof de temperatuur in het vroege heelal waarbij fundamentele deeltjes – zoals elektronen en andere leptonen – met hun antideeltjes in wisselwerking traden met behulp van het Standaardmodel-Higgsboson. Deze temperatuur werkt als een schakelaar die bepaalt hoe de materie-antimaterie-onbalans werd opgebouwd."

Het Higgsboson, voor degenen die bijhouden, is het fundamentele deeltje dat geassocieerd wordt met het mechanisme dat veel elementaire deeltjes hun massa geeft. In het scenario van de onderzoekers veranderde het zware neutrino de temperatuuromstandigheden die bepalend waren voor belangrijke deeltjesinteracties met het Higgs, waardoor die interacties effectief op een ander moment plaatsvonden en de ontwikkeling van de onbalans werd beïnvloed. Met andere woorden, iets dat lang als onbeduidend werd afgeschreven, heeft mogelijk helpen bepalen waarom het heelal überhaupt materie bevat.

De theorie heeft ook implicaties voor hoe het heelal zich in zijn vroegste stadia uitbreidde. Medeauteur Dr. Sudipta Show van het Indian Institute of Technology Kanpur zei dat de bevindingen suggereren dat het vergeten deeltje de uitbreidingsgeschiedenis van de jonge kosmos drastisch kan hebben veranderd. "Het biedt ons een nieuwe verklaring voor hoe materie won", zei hij. "De dramatische verschuiving in de vroege uitbreiding van de kosmos laat duidelijke maar detecteerbare sporen van veranderingen achter, bijvoorbeeld op primordiale zwaartekrachtgolven. Deze zwaartekrachtgolfsignaturen openen nieuwe wegen voor ons om te ontrafelen"