İnsanlığın binlerce yıldır peşini bırakmayan bir soru ve şimdi Southampton Üniversitesi ile Kanpur Hint Teknoloji Enstitüsü'nden iki araştırmacı, fizikçilerin onlarca yıldır kibarca görmezden geldiği bir parçacıkla yanıt öneriyor: 'ayrık' bir ağır nötrino. Physical Review Letters'ta yayımlanan teori, nötrinonun bu göz ardı edilmiş akrabasının, maddenin Büyük Patlama'dan sağ çıkmasının ve antimaddenin sağ çıkmamasının belirleyici faktörü olabileceğini öne sürüyor.

Sorun basit, ama varoluşsal açıdan endişe verici: erken evren, neredeyse eşit miktarlarda madde ve antimadde üretti. İkisi karşılaştığında, bir enerji patlamasıyla birbirlerini yok ederler. Miktarlar tam olarak dengeli olsaydı, neredeyse tüm madde yok olurdu; geriye yıldızlar, gezegenler ve daha da önemlisi, yıldızların ve gezegenlerin yokluğunu düşünecek kimse kalmazdı.

Sahneye ayrık ağır nötrino giriyor: sıradan nötrinonun varsayımsal, daha ağır bir kuzeni. Nötrino zaten son derece hafif olması ve sıradan maddeyle nadiren etkileşime girmesiyle ünlü bir parçacık. 'Ayrık' türü ise genellikle diğer parçacıklarla etkileşimi çok zayıf olduğu için önemli bir etkisi olamayacağı düşünülen bir parçacık. Onlarca yıldır parçacık fiziğinin arka plan figüranıydı.

Ancak yeni hesaplamalara göre, alışılmadık derecede uzun ömrü işleri değiştiriyor. Parçacık, Büyük Patlama'dan sonra evren soğurken, evrenin enerji yoğunluğuna geçici olarak hükmedecek kadar uzun yaşamış olabilir ve erken evrenin nasıl evrildiğini değiştiren madde egemen bir dönemi tetiklemiş olabilir.

Çalışmanın yazarlarından Southampton Üniversitesi'nden Dr. Rishav Roshan, durumu açıkça ifade etti: "Bu ayrık ağır nötrino, parçacık fiziğinde uzun zamandır ilgisiz bir arka plan ayrıntısı olarak görülüp reddedildi. Ancak inanılmaz yavaş bozunuyor. Evren Büyük Patlama'dan sonra soğurken, parçacık o kadar uzun yaşadı ki geçici olarak evrenin enerji yoğunluğunu ele geçirdi ve madde egemen bir dönemi tetikledi."

Madde-antimadde asimetrisini açıklamaya yönelik önceki girişimler, genellikle bu parçacığı tamamen dışarıda bırakıyordu; çünkü bu kadar zayıf etkileşen bir şeyin, dengesizliği yaratan süreçleri pek etkileyemeyeceği makul görünüyordu. Yeni araştırma bu varsayıma meydan okuyor ve son derece zayıf etkileşimlere sahip bir parçacığın bile maddenin kritik avantajını kazandığı koşulları dolaylı olarak etkileyebileceğini buluyor.

Roshan ekledi: "Burada olmamız, madde ile antimadde arasında bir asimetri oluştuğunu kanıtlıyor. Ayrık nötrino, erken evrende temel parçacıkların - elektronlar ve diğer leptonlar gibi - Standart Model Higgs bozonunun yardımıyla karşı parçacıklarıyla etkileşime girdiği sıcaklığı değiştirdi. Bu sıcaklık, madde-antimadde dengesizliğinin nasıl oluştuğunu şekillendiren bir anahtar gibi işlev görüyor."

Higgs bozonu, skoru takip edenler için, birçok temel parçacığa kütlesini veren mekanizmayla ilişkili temel parçacıktır. Araştırmacıların senaryosunda, ağır nötrino, Higgs içeren kilit parçacık etkileşimlerini yöneten sıcaklık koşullarını değiştirerek bu etkileşimlerin ne zaman gerçekleştiğini etkiliyor ve dengesizliğin nasıl geliştiğini etkiliyor. Başka bir deyişle, uzun zamandır önemsiz sayılan bir şey, evrenin neden madde içerdiğini belirlemeye yardımcı olmuş olabilir.

Teori ayrıca evrenin en erken aşamalarında nasıl genişlediğine dair çıkarımlar da içeriyor. Çalışmanın ortak yazarı Kanpur Hint Teknoloji Enstitüsü'nden Dr. Sudipta Show, bulguların unutulmuş parçacığın genç evrenin genişleme tarihini çarpıcı biçimde değiştirmiş olabileceğini gösterdiğini söyledi. "Bize maddenin nasıl kazandığına dair yeni bir açıklama sunuyor" dedi. "Evrenin erken genişlemesindeki çarpıcı değişim, örneğin ilkel kütleçekim dalgaları üzerinde belirgin ama saptanabilir değişim izleri bırakıyor. Bu kütleçekim dalgası imzaları, çözmemiz için yeni yollar açıyor."