Este o întrebare care a bântuit omenirea de milenii, iar acum o pereche de cercetători de la Universitatea din Southampton și Institutul Indian de Tehnologie din Kanpur au propus un răspuns care implică o particulă pe care fizicienii au ignorat-o politicos decenii la rând: un neutrino greu „decuplat”. Teoria, publicată în Physical Review Letters, sugerează că acest rudă neglijată a neutrino-ului ar fi putut fi factorul decisiv pentru care materia a supraviețuit Big Bang-ului, în timp ce antimateria nu a făcut-o.

Problema este simplă, deși alarmantă din punct de vedere existențial: universul timpuriu a produs materie și antimaterie în cantități aproape egale. Când cele două se întâlnesc, se anihilează reciproc într-o explozie de energie. Dacă cantitățile ar fi fost perfect echilibrate, practic toată materia ar fi dispărut, lăsând fără stele, fără planete și – mai important – fără nimeni care să mediteze la absența stelelor și planetelor.

Intră în scenă neutrino-ul greu decuplat, un văr ipotetic mai greu al neutrino-ului obișnuit – o particulă deja celebră pentru faptul că este extrem de ușoară și interacționează rareori cu materia obișnuită. Varietatea „decuplată” a fost în general considerată prea slab conectată la alte particule pentru a influența ceva de consecință. Decenii la rând, a fost echivalentul din fizica particulelor al unui figurant.

Dar conform noilor calcule, durata sa de viață neobișnuit de lungă schimbă matematica. Particula ar fi putut supraviețui suficient de mult pentru a domina temporar densitatea de energie a universului pe măsură ce cosmosul se răcea după Big Bang, declanșând o perioadă dominată de materie care a alterat modul în care a evoluat universul timpuriu.

Dr. Rishav Roshan de la Universitatea din Southampton, autor al studiului, a spus-o clar: „Acest neutrino greu decuplat a fost mult timp respins ca un detaliu de fundal irelevant în fizica particulelor. Totuși, se descompune incredibil de lent. Pe măsură ce cosmosul se răcea după Big Bang, particula a trăit suficient de mult încât să preia temporar densitatea de energie a universului și să declanșeze o perioadă dominată de materie.”

Încercările anterioare de a explica asimetria materie-antimaterie au lăsat în general această particulă complet deoparte, pe baza unor motive aparent rezonabile că ceva care interacționează atât de slab cu greu ar putea influența procesele responsabile pentru crearea dezechilibrului. Noua cercetare contestă această presupunere, constatând că chiar și o particulă cu interacțiuni extrem de slabe ar putea afecta indirect condițiile în care materia a obținut avantajul crucial.

„Faptul că suntem aici dovedește că a avut loc o asimetrie între materie și antimaterie”, a adăugat Roshan. „Neutrino-ul decuplat a modificat temperatura din universul timpuriu la care particulele fundamentale – precum electronii și alți leptoni – au interacționat cu antiparticulele lor cu ajutorul bosonului Higgs din Modelul Standard. Această temperatură acționează ca un comutator care modelează modul în care s-a construit dezechilibrul materie-antimaterie.”

Bosonul Higgs, pentru cei care țin scorul, este particula fundamentală asociată cu mecanismul care conferă masă multor particule elementare. În scenariul cercetătorilor, neutrino-ul greu a schimbat condițiile de temperatură care guvernau interacțiunile cheie ale particulelor cu Higgs, deplasând efectiv momentul în care au avut loc acele interacțiuni și influențând modul în care s-a dezvoltat dezechilibrul. Cu alte cuvinte, ceva mult timp considerat nesemnificativ ar fi putut ajuta la determinarea motivului pentru care universul conține materie.

Teoria are implicații și pentru modul în care universul s-a extins în primele sale stadii. Coautorul studiului, Dr. Sudipta Show de la Institutul Indian de Tehnologie din Kanpur, a declarat că descoperirile sugerează că particula uitată ar fi putut altera dramatic istoria expansiunii cosmosului tânăr. „Oferă o nouă explicație pentru modul în care materia a câștigat”, a spus el. „Schimbarea dramatică în expansiunea timpurie a cosmosului lasă amprente distincte, dar detectabile, ale schimbărilor, de exemplu asupra undelor gravitaționale primordiale. Aceste semnături ale undelor gravitaționale deschid noi căi pentru a descifra”