Если бы вещество и антивещество после Большого взрыва полностью уничтожили друг друга, во Вселенной остались бы только энергия и никакой материи. Современные теории предполагают, что эти две формы должны были взаимно аннигилировать, поэтому вопрос о том, почему материя всё же сохранилась, остаётся одной из главных загадок физики.
Физики из Университета Саутгемптона и Индийского технологического института в Канпуре предложили объяснение с участием частицы, которую десятилетиями почти не рассматривали. Речь идёт о так называемом «развязанном» тяжёлом нейтрино — более тяжёлом родственнике нейтрино, одной из самых лёгких частиц во Вселенной. Большинство теорий, объясняющих дисбаланс материи и антиматерии, не учитывали эту частицу, поскольку её взаимодействия с другими частицами считались слишком слабыми, чтобы влиять на процессы.
«Сам факт того, что мы существуем, доказывает, что асимметрия между материей и антиматерией возникла», — заявил один из авторов исследования доктор Ришав Рошан из Университета Саутгемптона. Новая работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, связывает этот дисбаланс с расширением ранней Вселенной. Соавтор доктор Судипта Шоу из Индийского технологического института в Канпуре отметил, что полученные результаты меняют представления о том, насколько быстро космос расширялся после Большого взрыва.
По словам Рошана, «развязанное» тяжёлое нейтрино долго считалось несущественной деталью в физике частиц. Однако оно распадается крайне медленно: когда Вселенная после Большого взрыва остывала, частица жила достаточно долго, чтобы на время взять на себя плотность энергии космоса и запустить период, в котором доминировала материя. Такой период описывает энергетический баланс Вселенной, где материя вносит больше энергии, чем излучение, и это отличается от дисбаланса между материей и антиматерией. В предложенной учёными схеме связь между этими явлениями зависит от того, как данный период изменил условия для других частиц.
«Развязанное нейтрино сдвинуло температуру ранней Вселенной, при которой фундаментальные частицы — например, электроны и другие лептоны — взаимодействовали со своими античастицами при участии бозона Хиггса Стандартной модели», — пояснил Рошан. По его словам, эта температура действует как переключатель, определяющий, как формировался дисбаланс материи и антиматерии. Шоу добавил, что работа предлагает новое объяснение победы материи, а резкое изменение раннего расширения космоса оставляет различимые следы, в том числе на первичных гравитационных волнах. Эти сигнатуры открывают новые возможности для изучения эволюции ранней Вселенной после Большого взрыва, сообщает SciTechDaily.