Это вопрос, который преследует человечество тысячелетиями, и теперь пара исследователей из Университета Саутгемптона и Индийского технологического института Канпура предложила ответ, связанный с частицей, которую физики десятилетиями вежливо игнорировали: «декаплированным» тяжёлым нейтрино. Теория, опубликованная в Physical Review Letters, предполагает, что этот незамеченный родственник нейтрино мог стать решающим фактором в том, почему материя пережила Большой взрыв, а антиматерия — нет.
Проблема проста, хоть и экзистенциально тревожна: ранняя Вселенная производила материю и антиматерию почти в равных количествах. Когда они встречаются, то аннигилируют друг друга во вспышке энергии. Если бы количества были идеально сбалансированы, практически вся материя исчезла бы, не оставив ни звёзд, ни планет, и — что ещё важнее — никого, кто мог бы размышлять об отсутствии звёзд и планет.
Вот тут и появляется декаплированный тяжёлый нейтрино — гипотетический более тяжёлый кузен обычного нейтрино, частицы, уже прославившейся своей чрезвычайной лёгкостью и редким взаимодействием с обычной материей. «Декаплированную» разновидность обычно считали слишком слабо связанной с другими частицами, чтобы влиять на что-либо существенное. Десятилетиями она была эквивалентом массовки в физике частиц.
Но согласно новым расчётам, её необычно долгое время жизни меняет математику. Частица могла существовать достаточно долго, чтобы временно доминировать в плотности энергии Вселенной, когда космос остывал после Большого взрыва, вызвав период доминирования материи, который изменил ход эволюции ранней Вселенной.
Доктор Ришав Рошан из Университета Саутгемптона, автор исследования, выразился прямо: «Этот декаплированный тяжёлый нейтрино долго отвергался как несущественная деталь фона в физике частиц. Однако он распадается невероятно медленно. Когда космос остывал после Большого взрыва, частица жила достаточно долго, чтобы временно взять на себя плотность энергии Вселенной и запустить период доминирования материи».
Предыдущие попытки объяснить асимметрию материи и антиматерии обычно полностью исключали эту частицу, на том разумно звучащем основании, что нечто столь слабо взаимодействующее вряд ли может повлиять на процессы, ответственные за создание дисбаланса. Новое исследование бросает вызов этому предположению, обнаруживая, что даже частица с чрезвычайно слабыми взаимодействиями могла косвенно влиять на условия, при которых материя получила своё решающее преимущество.
«Сам факт, что мы здесь, доказывает, что асимметрия между материей и антиматерией возникла», — добавил Рошан. «Декаплированный нейтрино сдвинул температуру в ранней Вселенной, при которой фундаментальные частицы — такие как электроны и другие лептоны — взаимодействовали со своими античастицами с помощью бозона Хиггса Стандартной модели. Эта температура действует как переключатель, формирующий то, как накапливался дисбаланс материи и антиматерии».
Бозон Хиггса, для тех, кто следит за счётом, — это фундаментальная частица, связанная с механизмом, который даёт многим элементарным частицам их массу. В сценарии исследователей тяжёлый нейтрино изменил температурные условия, управляющие ключевыми взаимодействиями частиц с участием Хиггса, эффективно сдвигая время этих взаимодействий и влияя на развитие дисбаланса. Иными словами, нечто, давно списанное как незначительное, могло помочь определить, почему Вселенная вообще содержит материю.
Теория также имеет последствия для того, как Вселенная расширялась на самых ранних стадиях. Соавтор исследования доктор Судипта Шоу из Индийского технологического института Канпура сказал, что результаты предполагают, что забытая частица могла радикально изменить историю расширения молодого космоса. «Это предлагает нам новое объяснение того, как победила материя», — сказал он. «Резкий сдвиг в раннем расширении космоса оставляет отчётливые, но обнаружимые отпечатки изменений, например, на первичных гравитационных волнах. Эти сигнатуры гравитационных волн открывают новые пути для нас, чтобы распутать