Hipotēze, kas maina visu: kā viena daļiņa varēja pasargāt Visumu no pašiznīcināšanās?

Matērijas un antimatērijas mīkla: kā eksotiska daļiņa varētu būt radījusi mūsu pasauli.

Pētnieki uzskata, ka eksotiska daļiņa, kas pazīstama kā sterilais smagais neitrīno, varētu būt spēlējusi izšķirošu lomu apstākļu veidošanā agrīnajā Visumā. Ja nebūtu šīs daļiņas, neviens no mums šodien nepastāvētu.

Pētījuma līdzautors Dr. Rišavs Rošans no Sauthemptonas universitātes izdevumam "Daily Mail" skaidroja: "Sterilais labrociskais neitrīno bieži tiek ignorēts tā vājās mijiedarbības un lielās masas dēļ, tāpēc daudzos daļiņu fizikas kontekstos tas tiek uzskatīts par nebūtisku. Tomēr tā potenciālā ietekme uz kosmoloģiju un daļiņu mijiedarbību līdz pat neseniem pētījumiem nebija pilnībā novērtēta."

Cenšoties izprast, kā radās Visums, kādu mēs to pazīstam, zinātnieki ir saskārušies ar visai mulsinošu jautājumu.

Saskaņā ar pašreizējām vadošajām teorijām, kad neilgi pēc Lielā sprādziena radās matērija, katrai daļiņai vajadzēja veidoties līdzās atbilstošai "antidaļiņai". Kad matērija un antimatērija nonāk saskarē, tās anihilējas - savstarpēji iznīcinās, atstājot aiz sevis tikai starojumu. Taču, raugoties uz mums apkārt esošo Visumu, tas rada nopietnu pretrunu.

"Lai gan Lielajam sprādzienam vajadzēja radīt vienādu daudzumu abu šo komponentu, mēs redzam, ka Visums galvenokārt sastāv no matērijas," norāda Dr. Rošans.

"Šī asimetrija ir izšķiroša mūsu eksistencei, jo matērijas klātbūtne ļauj veidoties zvaigznēm, planētām un, galu galā, arī dzīvībai, turpretī antimatērijas trūkums liek uzdot jautājumus par to, kāpēc tā ir tik reta parādība."

Zinātnieki šo fenomenu dēvē par matērijas un antimatērijas asimetriju, un tā izpratne ir absolūti nepieciešama, lai noskaidrotu, kāpēc un kā vispār radās mūsu Visums.

Savā jaunajā pētījumā, kas publicēts prestižajā žurnālā "Physical Review Letters", pētnieki izvirza hipotēzi, ka atslēga uz šo mīklu varētu būt maz pētīta daļiņa - sterilais (atsaitētais) smagais neitrīno.

Antimatērija ir parastās matērijas spoguļattēls. Normālus atomus veido pozitīvi lādēti kodoli, ap kuriem riņķo negatīvi lādēti elektroni. Savukārt to antimatērijas analogiem viss ir otrādi - tiem ir negatīvi lādēti kodoli un pozitīvi lādēti elektroni, ko sauc par pozitroniem. Kad matērija un antimatērija satiekas, tās anihilējas, atbrīvojot enerģiju.

Neitrīno ir niecīga, elektriski neitrāla fundamentālā daļiņa, kas ārkārtīgi reti mijiedarbojas ar citiem matērijas veidiem. Lai izskaidrotu, kāpēc parastajiem neitrīno ir tik niecīga masa, vairākas daļiņu fizikas teorijas pieļauj, ka jāeksistē arī trim smagajiem "labrociskajiem neitrīno".

Trešo - sterilo jeb "atsaitēto" smago neitrīno - zinātnieki līdz šim lielākoties bija ignorējuši, jo tas ar pārējo Visumu mijiedarbojas vēl retāk. Tomēr pētnieki tagad uzskata, ka tam varēja būt milzīga ietekme uz Visuma attīstību tā pašos pirmsākumos.

Tā kā šīs daļiņas mijiedarbojas ļoti vāji un sabrūk relatīvi lēni, tās agrīnajā Visumā, iespējams, īslaicīgi koncentrēja vairāk enerģijas nekā viss apkārtējais starojums. Tas būtu izraisījis strauju izplešanās periodu, kas mainīja temperatūru, kādā veidojās matērija un antimatērija.

Dr. Rošans skaidro: "Neitrīno, jo īpaši smagais labrociskais neitrīno, spēj ietekmēt matērijas un antimatērijas rašanos. Ietekmējot daļiņu mijiedarbību un sabrukšanas procesus agrīnajā Visumā, šie neitrīno varēja veicināt tieši matērijas, nevis antimatērijas veidošanos."

Pētnieki izmantoja teorētiskos modeļus, lai izpētītu šo daļiņu mijiedarbības dinamiku un noskaidrotu, kādu efektu šīs eksotiskās daļiņas varēja radīt. Saskaņā ar viņu aprēķiniem, sterilo smago neitrīno klātbūtne varēja radīt pavisam nelielu disbalansu. Ja šo procesu rezultātā rastos kaut nedaudz vairāk parasto daļiņu nekā antidaļiņu - iespējams, tikai viena papildu matērijas daļiņa uz katru miljardu -, ar to pilnībā pietiktu. Pēc tam, kad pārējā matērija un antimatērija savstarpēji anihilējās, pāri palikusī matērijas daļa bija pietiekama, lai izveidotu visu, ko mēs šodien redzam Visumā.

Svarīgi uzsvērt, ka pašlaik tas ir tikai teorētisks pieņēmums, un zinātnieki vēl nav pierādījuši, ka šādi smagie neitrīno reāli pastāv. Tomēr pētījuma autori ir optimistiski noskaņoti, ka nākotnē tiks gūti nepieciešamie pierādījumi.

"Šo teoriju varēs eksperimentāli pārbaudīt, izmantojot nākamās paaudzes gravitācijas viļņu detektorus un jaunus daļiņu fizikas eksperimentus," rezumē Dr. Rošans. "Šie instrumenti palīdzēs mums uztvert signālus, kas saistīti ar smagajiem neitrīno un to lomu agrīnajā Visumā, beidzot sniedzot skaidru atbildi uz matērijas un antimatērijas asimetrijas mīklu."