1630
Нейтрино майже не взаємодіють зі звичайною речовиною: мільярди цих частинок щосекунди проходять крізь наші тіла, не залишаючи помітного сліду. Але в перші миті після Великого вибуху ситуація була іншою. Тоді нейтрино активно взаємодіяли з протонами, нейтронами та електронами, перебуваючи з ними в тепловій рівновазі. Нове теоретичне дослідження, про яке розповідає Universe Today, пропонує, що саме важкі нейтрино могли стати ключем до того, чому наш Всесвіт заповнений матерією, а не антиматерією.
Приблизно через секунду після Великого вибуху нейтрони «відв’язалися» від інших частинок і почали поводитися подібно до нейтрино, які ми спостерігаємо сьогодні. Такі «від’єднані» нейтрино й досі заповнюють космос, утворюючи космічне нейтринне тло — своєрідне частинкове відлуння Великого вибуху, подібне до космічного мікрохвильового фону. У сучасну епоху ці реліктові нейтрино майже не впливають на еволюцію Всесвіту, але деякі з них могли відіграти вирішальну роль у тому, що Всесвіт став матерійно-домінованим.
Чому у Всесвіті переважає матерія
Одна з базових симетрій фізики полягає в тому, що кожній елементарній частинці відповідає античастинка: електрону — позитрон, кварку — антикварк, протону — антипротон. За відповідних умов частинки завжди народжуються парами «матерія–антиматерія». Тому одне з головних питань космології: якщо Великий вибух створив приблизно однакові кількості матерії й антиматерії, то куди зникла майже вся антиматерія?
Автори нової роботи припускають, що відповідь може критися у властивостях важких нейтрино, які рано від’єдналися від плазми частинок. Хоча нейтрино не мають електричного заряду, вони теж поділяються на «матерію» та «антиматерію». Відмінність між ними визначається не зарядом, а хелікальністю — своєрідною «право-» або «лівосторонністю» частинки.
У сучасному Всесвіті нейтрино матерії завжди ліві, а антинейтрино — праві. Ліві нейтрино можуть взаємодіяти зі звичайною речовиною, тоді як праві антинейтрино майже повністю «німі» для всіх взаємодій, окрім гравітації. Такі частинки називають стерильними нейтрино.
Важкі нейтрино та їхній розпад
Нейтрино існують у трьох «смаках» (флейворах), пов’язаних з електроном, мюоном і тау-лептоном, і відповідно мають три можливі значення маси. Для антинейтрино діє аналогічний поділ. У новій роботі основна увага приділяється наймасивнішим антинейтрино, які дослідники називають «важкими від’єднаними нейтрино».
У своїй моделі автори показують, що такі важкі нейтрино могли бути домінуючим компонентом Всесвіту протягом певного періоду. Вони припускають, що ці частинки нестабільні й зрештою розпадаються, але їхній період напіврозпаду досить тривалий. Це означає, що значна частина розпадів відбувалася вже після того, як у Всесвіті сформувалися електрони, протони, позитрони та антипротони.
Коли розпадалися важкі антинейтрино, продукти їхнього розпаду частково підігрівали Всесвіт і сприяли анігіляції частини антиматерії. У результаті частина пар «частинка–античастинка» перетворювалася на нейтральні фотони, і загальний баланс матерії та антиматерії зміщувався на користь матерії.
Після цього залишки антиматерії знищувалися у звичайних процесах взаємодії з матерією. Те, що не встигло анігілювати на ранніх етапах, поступово зникло, залишивши переважно матерію — ту, з якої складаються зорі, планети й ми самі.
Як перевірити цю гіпотезу
Запропонована модель базується на теоретичних розрахунках і поки що не має прямих експериментальних підтверджень. Однак автори вказують на кілька можливих спостережних наслідків. Якщо у ранньому Всесвіті справді існував період, коли домінували важкі нейтрино, це мало б залишити слід у спектрі первинних гравітаційних хвиль.
Коли майбутні гравітаційно-хвильові обсерваторії досягнуть чутливості, достатньої для реєстрації таких первинних хвиль, стане можливим перевірити, чи відповідають спостереження передбаченням цієї моделі. Крім того, нейтринно-домінована епоха мала б вплинути й на властивості космічного нейтринного тла, що відкриває ще один шлях до перевірки ідеї.
Якщо ці прогнози підтвердяться, виявиться, що одна з найслабших відомих взаємодій у природі — участь нейтрино у фундаментальних процесах — могла призвести до одного з наймасштабніших наслідків Великого вибуху: переваги матерії над антиматерією у Всесвіті.
Модель показує як важкі нейтрино могли створити перевагу матерії з’явилася спочатку на Цікавості.
