Wissenschaftler glauben, eine Lösung für eines der ältesten Probleme des Universums gefunden zu haben

Dies ist eines der ältesten Probleme im Universum: Da sich Materie und Antimaterie bei Kontakt vernichten und beide Formen von Materie zur Zeit des Urknalls existierten, warum besteht ein Universum hauptsächlich aus Materie und nicht aus gar nichts? Wo ist die ganze Antimaterie geblieben?

„Dass unser gegenwärtiges Universum von Materie dominiert wird, bleibt eines der verwirrendsten und ältesten Geheimnisse der modernen Physik“, sagte Yanou Cui, ein Riverside-Professor für Physik und Astronomie an der University of California. in einem Bericht diese Woche geteilt. „Ein subtiles Ungleichgewicht oder eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im frühen Universum ist notwendig, um die derzeitige Dominanz der Materie zu erreichen, kann aber im bekannten Rahmen der Grundlagenphysik nicht erreicht werden.“

Es gibt Theorien, die diese Frage beantworten könnten, aber sie sind äußerst schwierig mit Laborexperimenten zu überprüfen. Jetzt in ein neues Papier erschienen am Donnerstag im Magazin Briefe zur körperlichen UntersuchungDr. Cui und sein Co-Autor Zhong-Zhi Xianyu, ein Assistenzprofessor für Physik an der Tsinghua-Universität, China, sagen, dass sie möglicherweise einen Weg gefunden haben, das Nachleuchten des Urknalls selbst für die Durchführung des Experiments zu nutzen.

Die Theorie, die Drs. Cui und Zhong-Zh erforschen wollten, ist als Leptogenese bekannt, ein Prozess, der den Zerfall von Teilchen beinhaltet, der zu der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im frühen Universum geführt haben könnte. Mit anderen Worten, eine Asymmetrie in bestimmten Arten von Elementarteilchen in den allerersten Momenten des Kosmos könnte sich im Laufe der Zeit und durch andere Teilchenwechselwirkungen in der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie entwickelt haben, die das Universum, wie wir es kennen – und Leben – möglich gemacht haben .

„Die Leptogenese ist einer der überzeugendsten Mechanismen, die Materie-Antimaterie-Asymmetrie erzeugen“, sagte Dr. Cui in einer Erklärung. „Das ist ein neues Elementarteilchen, das rechtshändige Neutrino.“

Aber, fügte Dr. Cui hinzu, würde die Erzeugung eines rechtshändigen Neutrinos weit mehr Energie erfordern, als in Teilchenbeschleunigern auf der Erde erzeugt werden kann.

„Das Testen der Leptogenese ist nahezu unmöglich, da die Masse des rechtshändigen Neutrinos typischerweise mehrere Größenordnungen über der Reichweite des energiereichsten Colliders liegt, der jemals gebaut wurde, des Large Hadron Collider“, sagte sie.

Die Idee von Dr. Cui und seinen Co-Autoren war, dass Wissenschaftler möglicherweise keinen stärkeren Teilchenbeschleuniger bauen müssten, da genau die Bedingungen, die sie in einem solchen Experiment schaffen möchten, bereits in einigen Teilen des frühen Universums existierten. Die Inflationszeit, eine Ära der exponentiellen Ausdehnung von Zeit und Raum selbst, die nur Sekundenbruchteile nach dem Urknall dauerte, ….

„Die kosmische Inflation lieferte eine hochenergetische Umgebung, die die Produktion neuer schwerer Teilchen sowie deren Wechselwirkungen ermöglichte“, sagte Dr. Cui. „Das inflationäre Universum verhielt sich wie ein kosmologischer Collider, außer dass die Energie bis zu 10 Milliarden Mal größer war als die jedes künstlichen Colliders.“

Darüber hinaus können die Ergebnisse dieser natürlichen kosmischen Collider-Experimente heute in der Verteilung von Galaxien aufbewahrt werden, ebenso wie der kosmische Mikrowellenhintergrund, das Nachleuchten des Urknalls, aus dem Astrophysiker einen Großteil ihres aktuellen Verständnisses der Entwicklung des Kosmos abgeleitet haben . .

„Konkret zeigen wir, dass die wesentlichen Bedingungen für die Erzeugung von Asymmetrien, einschließlich der Wechselwirkungen und Massen des rechtshändigen Neutrinos, das hier der Schlüsselspieler ist, deutliche Spuren in der Statistik der räumlichen Verteilung von Galaxien oder des kosmischen Mikrowellenhintergrunds hinterlassen können und genau gemessen werden können“, sagte Dr. Cui, obwohl solche Messungen noch durchgeführt werden müssten.