T. & R. Annan & Sons/İskoçya Commons Ulusal Galerisi
William Thomson (Lord Kelvin)
Japon fizikçiler, her şeyi açıklayabilecek bir 19. yüzyıl fikrini yeniden canlandırıyorlar. “Kozmik düğümler” Evrendeki tüm maddelerin “büyükanne ve büyükbabaları”ydı ve nötrinolar da onların “ebeveynleri”ydi.
İngiliz fizikçinin eski bir hipotezi Lord Kelvin, Uzun süredir geçerliliğini yitirdiği düşünülse de, kozmolojideki en büyük gizemlerden birinin anahtarını gizleyebilir: Evren neden antimaddeden değil de maddeden oluşuyor?
1867’de Kelvin, atomların kozmik “eter”de iç içe geçmiş küçük düğümler olabileceğini öne sürdü. Atomların gerçek yapısının keşfedilmesiyle bu fikir en sonunda bir kenara bırakıldı, ancak 150 yılı aşkın bir süre sonra Japon araştırmacılar bu düşünceye yeni bir hayat verdi ve şimdi benzer “kozmik düğümlerin” evrenin ilk anlarında belirleyici bir rol oynamış olabileceğine inanıyorlar.
Çalışma, yayınlandı Physical Review Letters dergisinde yayınlanan ve Hiroshima Üniversitesi’ndeki Uluslararası İç İç içe Kiral Madde Sürdürülebilirlik Enstitüsü’nden (WPI-SKCM2) Muneto Nitta ve Minoru Eto liderliğindeki araştırma, Alman merkezi Deutsches Elektronen-Synchrotron’dan Yu Hamada ile işbirliği içinde, bu oluşumların gerçekçi parçacık fiziği modellerinde doğal olarak ortaya çıkabileceğini ve bunların çöküşlerinin madde ile antimadde arasında hafif bir dengesizlik yaratmış olabileceğini gösteriyor. bildiğimiz her şeyin varlığına izin verdi — yıldızlardan insanlara.
Kayıp antimaddenin gizemi
Big Bang modeline göre Evren’in eşit miktarda madde ve antimadde ile doğması gerekirdi; bu maddeler birbirini yok edecek ve geriye yalnızca radyasyon kalacaktı. Ancak gözlemler evrenin neredeyse tamamen maddeden oluştuğunu gösteriyor. Hesaplamalara göre zamanın başlangıcında oluşan her milyar madde-antimadde çiftine karşılık, yalnızca bir madde zerresi hayatta kaldı.
Bu farkın açıklaması – şu şekilde bilinen bir olgu: baryojenez – bu dengesizliği tahmin etme yeteneği çok sınırlı olan parçacık fiziğinin Standart Modelinden hâlâ kaçıyor. Sorunu çözmek onlarca yıldır teorik fiziğin en büyük önceliklerinden biri olmuştur. SciTechGünlük.
İki simetri ve bir düğüm
Japon ekip, Standart Modelin bilinen iki uzantısını birleştirerek çok önemli bir ipucu bulduklarına inanıyor: Baryon Sayısı eksi Lepton Sayısı (B-L) simetrisi ve Peccei-Quinn (PQ) simetrisi. Birincisi, adı geçen hayaletimsi parçacıklar kütlesinin kökenini açıklıyor. nötrinolar; ikincisi “güçlü CP problemi” olarak adlandırılan nötronda ölçülebilir bir elektrik dipol momentinin bulunmaması sorununu çözer ve eksenumut verici bir karanlık madde parçacığı adayı.
Araştırmacılar bu iki simetriyi aynı anda inceleyerek (daha önce kimsenin yapmadığı bir şey) şunu keşfettiler: Erken Evren kendiliğinden iç içe geçmiş yapılar oluşturmuş olabilirbize benzeyen, enerji biriktiren, manyetik ve süperakışkan özelliklere sahip olan. Bu düğümler, Büyük Patlama’dan sonraki kozmik soğuma sırasında temel simetrilerin “kırılması” sonucu ortaya çıkan, istikrarlı, topolojik olarak korunan oluşumlardı.
Bizim yaşımız
Radyasyon uzayın genişlemesiyle enerji kaybederken, bu düğümler madde gibi davranarak çok daha yavaş dağıldı. Kısa bir süre için Evrenin toplam enerjisine hakim oldular.Parçacıkların görünüşte aşılmaz enerji bariyerlerini geçtiği, tünelleme olarak bilinen bir kuantum süreci yoluyla parçalanmaya başlamadan önce.
Çöktüklerinde düğümler ağır parçacıklar (yani B-L simetrisi tarafından tahmin edilen düz nötrinolar) serbest bıraktılar. bozunduklarında, antimaddenin zararına, madde üretimini biraz tercih ettiler. Bu fark, bugün kozmosu oluşturan tüm maddenin oluşmasına yetiyordu.
Bilim adamlarının hesaplamaları, ağır nötrinoların kütlesinin yaklaşık 10¹² giga-elektron volt (GeV) olduğu varsayıldığında ve düğümlerin enerjilerinin çoğunu bu parçacıkları oluşturmak için kanalize ettiği göz önüne alındığında, Model doğal olarak Evrende gözlemlenen madde ve antimadde arasındaki dengesizliği yeniden üretiyor. Düğümlerin çökmesi, evreni yaklaşık 100 GeV’ye kadar yeniden ısıtabilirdi; bu, tam olarak nötrino fazlasını maddeye dönüştüren reaksiyonların meydana gelmeyi durdurduğu eşik sıcaklığıdır.
Bu süreç aynı zamanda Evrenin yerçekimsel dalga arka planını da değiştirerek onu daha yüksek frekanslara doğru eğmiş olabilir. Bu “imza” gelecekte burada kurduğumuz ve kurmayı planladığımız büyük gözlemevleri tarafından da tespit edilebilir.
Çalışma teorik kalsa da yazarlar, düğümlerin topolojik kararlılığının teorinin belirli ayrıntılarına bağlı olmaması nedeniyle modellerinin sağlam olduğuna inanıyorlar.
150 yıl sonra bu kez atomların bileşenleri değil, belki de onların kozmik öncülleriyiz. Veya onlara “büyükanne ve büyükbaba” demek istiyorsanız.
Eğer doğrulanırsa teori nihayet nötrino kütlesinin kökeninden karanlık maddenin doğasına kadar uzun süre dağılmış parçaları birleştirebilir.