De ce există Universul? O particulă misterioasă ar putea explica ce s-a întâmplat după Big Bang

De ce există Universul, în condițiile în care materia și antimateria ar fi trebuit să se anihileze reciproc după Big Bang? O echipă de fizicieni de la Universitatea Southampton și Institutul Indian de Tehnologie Kanpur propune o nouă explicație pentru unul dintre cele mai importante mistere ale cosmologiei.

Cercetătorii Rishav Roshan și Sudipta Show au elaborat un model teoretic potrivit căruia o particulă ipotetică, numită neutrino greu, ar fi putut influența evoluția Universului primordial și procesele care au permis materiei să devină predominantă.

Potrivit Universității Southampton, această particulă, ale cărei efecte au fost neglijate în numeroase modele anterioare, ar putea contribui la explicarea condițiilor care au făcut posibilă formarea structurilor cosmice.

Citește și: Trăim într-o simulare? Fizicienii caută „erori” ale universului care ar putea dezvălui natura realității

Misterul materiei și antimateriei. De ce nu a dispărut Universul după Big Bang

Conform teoriilor cosmologice, în primele momente ale Universului ar fi trebuit să existe cantități aproape egale de materie și antimaterie.

Cele două au proprietăți opuse în anumite privințe, iar atunci când o particulă de materie întâlnește antiparticula corespunzătoare, acestea se pot anihila, eliberând energie.

Dacă materia și antimateria ar fi existat în cantități perfect egale și s-ar fi anihilat complet, nu ar mai fi rămas materia necesară formării galaxiilor, stelelor și planetelor.

Observațiile arată însă că Universul actual este dominat de materie. Fizicienii încearcă să explice mecanismul prin care, în primele etape ale evoluției cosmice, a apărut acest dezechilibru.

Fenomenul este cunoscut drept asimetria materie-antimaterie și reprezintă una dintre problemele fundamentale încă nerezolvate ale fizicii moderne.

Rolul neutrinilor grei în evoluția Universului

Neutrinii obișnuiți sunt particule elementare extrem de ușoare, fără sarcină electrică, care interacționează foarte slab cu materia.

Aceștia sunt produși în numeroase procese fizice, inclusiv în interiorul stelelor, și pot traversa cantități foarte mari de materie fără să interacționeze cu aceasta.

Oamenii de știință iau în calcul și existența unor neutrini mult mai grei, care nu au fost observați experimental până în prezent.

În modelul elaborat de Rishav Roshan și Sudipta Show, un astfel de neutrino ar fi putut supraviețui suficient de mult în Universul timpuriu pentru a influența temporar evoluția acestuia.

Particula s-ar fi dezintegrat lent, modificând condițiile cosmologice și ritmul expansiunii Universului în perioada în care aveau loc procesele responsabile pentru dezechilibrul dintre materie și antimaterie.

Aceste modificări ar fi putut contribui la formarea excesului de materie care a supraviețuit și din care s-au dezvoltat ulterior structurile cosmice.

Cum ar putea fi demonstrată existența particulei misterioase

Deocamdată, mecanismul descris de cercetători este unul teoretic, iar neutrino-ul greu implicat în acest proces nu a fost identificat experimental.

Autorii studiului consideră însă că ipoteza ar putea fi verificată indirect prin cercetări asupra proprietăților neutrinilor și prin observații cosmologice.

Una dintre direcțiile propuse este studierea undelor gravitaționale primordiale, perturbații ale spațiu-timpului care ar putea păstra informații despre procesele desfășurate în primele etape ale evoluției Universului.

Viitoarele observatoare, inclusiv misiunea spațială LISA, ar putea contribui la detectarea și analizarea unor semnale relevante pentru astfel de modele.