A modern fizika egyik legmegdöbbentőbb rejtélye, hogy miért világegyetem inkább az anyaggal kavarog, mint a bizarr párhuzamos antianyag - és miért létezünk egyáltalán?
Valahogy, amikor az univerzum hihetetlenül fiatal volt, szinte az összes antianyag eltűnt, csak a normál dolgok maradtak. A teoretikusok már régóta akadályozták meg az egyre megkísérelhetetlen magyarázatot - és ami még fontosabb, egy módja annak, hogy ezt a magyarázatot kísérletekkel teszteljék.
A teoretikusok egy hárma azt javasolta, hogy a Higgs-boszonnak nevezett részecskék háromszöge felelős lehet az univerzumban zajló titokzatos antiatéma eltűnéséért. És azt gondolják, hogy tudják, hogyan kell megtalálni a gyanúsított bűnösöket.
A hiányzó antianyag esete
A szubatomi részecskék szinte minden egyes kölcsönhatásában az antianyag (amely megegyezik a normál anyaggal, de ellentétes töltéssel) és a normál anyag egyenlő mértékben képződnek. Úgy tűnik, hogy ez a világegyetem alapvető szimmetriája. És mégis, amikor kimegyünk arra a világegyetemre, egyáltalán nem látunk antianyagot. Ahogy a fizikusok meg tudják mondani, az antitest anyag minden részecskéje, amely még mindig lóg, körülbelül egy milliárd normál anyag részecske van az egész kozmoszban.
Ez a rejtély sok névvel megy át, például az anyag aszimmetria problémája és a baryon aszimmetria problémája; névtől függetlenül, a fizikusok megbotlik. Mostanáig senki nem tudott koherens, következetes magyarázatot adni az anyag dominanciájáról az antianyag felett, és mivel a fizikusok feladata, hogy elmagyarázzák, hogyan működik a természet, ez kezd izgatni.
A természet azonban hagyott néhány nyomot körülöttünk, hogy átgondolhassuk. Például, nincs bizonyíték sok antianyagról az úgynevezett kozmikus mikrohullámú háttérben - a nagy robbanásból, az univerzum születéséből megmaradt hő. Ez arra utal, hogy a kapribogyó a nagyon korai univerzumban fordult elő. És a korai világegyetem egy nagyon őrült hely volt, ahol mindenféle bonyolult, rosszul megértett fizika zajlott. Tehát ha az anyag és az antianyag szétválnak, akkor itt az ideje.
Vádolja a Higgot
Valójában az antimatikus anyag eltűnésének a legjobb ideje a világegyetemünk rövid, de zavaros korszakában, amikor a természet erõi szétváltak, amikor a kozmosz lehûlt.
Nagy energiáknál (mint például a részecske-ütköző belsejében) az elektromágneses erő és a gyenge nukleáris erő kombinálja erejét egy új erő létrehozásához: elektromos fénnyel. Amint a dolgok lehűlnek és visszatérnek a szokásos mindennapi energiákhoz, az elektromos lökés azonban az ismert két erőre osztódik.
Még magasabb energiáknál, mint amilyeneket a Nagyrobbanás első pillanatainál találtunk, úgy gondoljuk, hogy az erős nukleáris erő összeolvad az elektromos fénnyel, és még magasabb energiák esetén a gravitáció egyesíti a pártot egyetlen egységes erőbe. De még nem derítettük ki, hogy a gravitáció hogyan jut be a játékba.
Az 1960-as években létezni kívánt, de csak 2012-ben felfedezett Higgsz-boszon a Nagy Hadron-ütköző belsejében elvégzi az elektromágneses erő elválasztását a gyenge nukleáris erőktől. A fizikusok elég biztosak abban, hogy az anyag-antianyag megoszlása azelőtt történt, hogy a természet mind a négy erő a saját entitásuk helyére esett volna; azért, mert meglehetősen világos megértésünk van a világegyetem fizikájáról a feldarabolódás után, és ha túl sok antianyagot adunk a későbbi korszakokban, akkor megsértjük a kozmikus mikrohullámú háttér megfigyeléseit).
Mint ilyen, talán a Higgs-bozon játszik szerepet.
De a Higgs önmagában nem tudja megvágni; nincs ismert mechanizmus, amelyben csak a Higgst használják, hogy kiegyensúlyozatlanságot teremtsen az anyag és az antianyag között.
Szerencsére a Higgs története valószínűleg még nem ért véget. Az összeütköző kísérletekben a fizikusok egyetlen Higgsz-bozont találtak, körülbelül 125 milliárd elektronvolttal vagy GeV-vel - referenciaként egy proton körülbelül 1 GeV-t mér.
Kiderült, hogy a Higgs nem lehet egyedül.
Teljesen lehetséges, hogy több Higgs-boszont lebegnek körül, amelyek hatalmasabbak, mint amit jelenleg tudunk kimutatni kísérleteinkben. Manapság azok a heftier Higgsek, ha léteznek, sokat nem tennének, és valójában nem vesznek részt olyan fizikában, amelyhez hozzáférhetünk az ütközőinkkel - Csak nincs elég energiánk "aktiválni" őket. De a világegyetem korai napjaiban, amikor az energiák sokkal, sokkal magasabbak voltak, a többi Higg aktiválódhatott volna, és ezek a Higgsek egyensúlytalanságot okozhattak bizonyos alapvető részecske kölcsönhatásokban, ami az anyag és az antitest anyag közötti modern aszimmetriához vezetett.
A rejtély megoldása
Egy nemrégiben az arXiv preprint nyomtatott folyóiratban online közzétett cikkben három fizikus érdekes lehetséges megoldást javasolt: Talán három Higgs-boszon (más néven „Higgsi trojka”) meleg burgonyával játszott egy játékot a korai világegyetemben, ami normál anyag áradást generált. . Amikor az anyag megérinti az antianyagot - Hirtelen - a két megsemmisül és eltűnik.
És tehát az anyagáram nagy része megsemmisítené az antianyagot, és szinte teljes egészében megsemmisítené azt a létezésből a sugárzás árama alatt. Ebben a forgatókönyvben elegendő normális kérdés lenne ahhoz, hogy a mai világegyetemhez vezetjen, amelyet ismerünk és szeretünk.
Ennek a munkának a készítéséhez a teoretikusok azt javasolják, hogy a trió tartalmazza az egyik ismert Higgs-részecskét és két újszülöttet, mindegyik duó tömege körülbelül 1000 GeV. Ez a szám tisztán önkényes, de kifejezetten azért választották, hogy ez a hipotetikus Higgs potenciálisan felfedezhető legyen a részecske ütközők következő generációja során. Nincs értelme előre jelezni egy olyan részecske létezését, amelyet soha nem lehet felismerni.
A fizikusok ezután kihívást jelentenek. Bármelyik mechanizmus okozza az aszimmetriát, az anyagnak egy milliárd tényezővel kell előnyt élveznie az antimateria felett. És nagyon rövid idő van a korai világegyetemben, hogy meg tudja csinálni a dolgát; ha az erők megoszlanak, a játéknak vége és a fizika, amint tudjuk, a helyére van rögzítve. És ennek a mechanizmusnak, beleértve a két új Higgot is, tesztelhetőnek kell lennie.
Rövid válasz: Meg tudták csinálni. Érthető, hogy nagyon bonyolult folyamat, de az átfogó (és elméleti) történet így megy: A két új Higgs részecskék zuhanyává alakul, kissé eltérő sebességgel és kissé eltérő preferenciákkal az anyaggal szemben az antitesttel szemben. Ezek a különbségek az idő múlásával felhalmozódnak, és amikor az elektromos csapódási erő felbomlik, elegendő különbség van az univerzumba "beépített" anyag-antianyag részecskepopulációkban, hogy a normál anyag végül uralja az antianyagot.
Persze, ez megoldja a baryon aszimmetria problémáját, de azonnal felveti a kérdést, hogy mit csinál a természet olyan sok Higgs-boszonnal. De megtesszük a dolgokat egy lépésről lépésre.
