Wissenschaftler glauben, eines der ältesten Probleme des Universums gelöst zu haben

Es ist eines der ältesten Probleme im Universum: Da sich Materie und Antimaterie bei Kontakt gegenseitig vernichten und beide Formen der Materie im Moment des Urknalls existierten, warum gibt es dann ein Universum, das hauptsächlich aus Materie besteht und nicht aus gar nichts? Wo ist die ganze Antimaterie geblieben?

„Die Tatsache, dass unser gegenwärtiges Universum von Materie dominiert wird, gehört nach wie vor zu den am längsten bestehenden Rätseln der modernen Physik“, sagte Yano Koi, Professor für Physik und Astronomie an der Riverside, University of California. in der aktuellen Situation Ich habe es diese Woche geteilt. „Ein subtiles Ungleichgewicht oder eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im frühen Universum ist erforderlich, um die heutige Dominanz der Materie zu erreichen, kann aber im bekannten Rahmen der Grundlagenphysik nicht erreicht werden.“

Es gibt Theorien, die diese Frage beantworten können, aber es ist sehr schwierig, sie mit Laborexperimenten zu überprüfen. Im Augenblick neues Papier Erschienen am Donnerstag im Magazin physische ÜberprüfungsnachrichtenDr. Cui und ihr Co-Autor Zhong-Zhi Xianyu, Assistenzprofessor für Physik an der Tsinghua-Universität, China, erklären, dass sie möglicherweise Arbeiten zur Nutzung des Nachglühens des Urknalls selbst zur Durchführung des Experiments entwickelt haben.

Die Theorie, die Dr. Tsui und Chung-Chi erforschen wollten, ist als Leptogenbildung bekannt, ein Prozess, der den Zerfall von Teilchen beinhaltet, der zu der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im frühen Universum führen könnte. Mit anderen Worten, die Asymmetrie in bestimmten Arten von Elementarteilchen in den frühen Momenten des Universums könnte sich im Laufe der Zeit und durch mehr Teilchenwechselwirkungen zu der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie entwickelt haben, die das Universum, wie wir es kennen – und Leben – möglich gemacht haben.

„Die Bildung von Leptogen gehört zu den überzeugendsten Mechanismen, die eine Materie-Antimaterie-Asymmetrie erzeugen“, sagte Dr. Cui in einer Erklärung. „Dabei handelt es sich um ein neues Elementarteilchen, das rechtshändige Neutrino.“

Dr. Coy fügte hinzu, dass die Erzeugung des rechten Neutrinos viel mehr Energie erfordert, als bei Teilchenkollisionen auf der Erde erzeugt werden kann.

„Das Testen der Leptogenbildung ist so gut wie unmöglich, weil die Masse des rechtshändigen Neutrinos normalerweise in einer großen Zahl vorliegt, die die Kapazität des größten jemals gebauten Colliders, des Large Hadron Collider, übersteigt“, sagte sie.

Die Ansicht von Dr. Koi und ihren Co-Autoren war, dass Wissenschaftler möglicherweise keinen leistungsfähigeren Teilchenbeschleuniger bauen müssten, da genau die Bedingungen, die sie in einem solchen Experiment schaffen wollten, bereits in einigen Teilen des frühen Universums existierten. Die inflationäre Periode, die Ära derselben exponentiellen Ausdehnung von Zeit und Raum, die nach dem Urknall Millisekunden andauerte, ….

„Die kosmische Inflation hat eine sehr energetische Umgebung geschaffen, die die Produktion neuer schwerer Teilchen zusätzlich zu ihren Wechselwirkungen ermöglicht“, sagte Dr. Coy. „Das inflationäre Universum verhielt sich genauso wie der kosmische Collider, außer dass die Energie bis zu 10 Milliarden Mal größer war als die jeder künstlichen Collider.“

Darüber hinaus können die Ergebnisse dieser natürlichen Cosmic Collider-Experimente heute in der Verteilung von Galaxien erhalten bleiben, ebenso wie der kosmische Mikrowellenhintergrund, das Nachleuchten des Urknalls, aus dem Astrophysiker einen Großteil ihres aktuellen Verständnisses der Entwicklung des Universums gezogen haben . .

„Konkret zeigen wir, dass die Voraussetzungen für die Asymmetrieerzeugung, einschließlich der Wechselwirkungen und Massen des rechten Neutrinos, das hier der Schlüsselspieler ist, deutliche Spuren in der Statistik der räumlichen Verteilung von Galaxien oder des kosmischen Mikrowellenhintergrunds hinterlassen können, „, sagte Dr. Diese Messungen müssen jedoch noch durchgeführt werden, fügte sie hinzu. „Erwartete astrophysikalische Beobachtungen in den kommenden Jahren könnten solche Signale nachweisen und den kosmischen Ursprung der Materie enthüllen.“