Miért dominál az univerzumban az anyag az antianyag felett?

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

A kozmológia alapkérdése, hogy miért dominál az anyag az antianyag felett. Amikor tömeggel rendelkező részecskék jönnek létre sugárzásból, akkor az elemi részecskék tulajdonságait összegző Standard Modell szerint minden anyagi részecske együtt keletkezik annak antianyag párjával, amelyek ütközése annihilációt okoz, és így az anyag szétsugárzik. A képződő anyag és antianyag egyenlő mennyisége a szimmetria- és megmaradástörvényekből következik. 

Az ősrobbanás utáni inflációs korszakban létrejövő anyag és antianyag annihilációját azonban túléli az univerzum, ami azt mutatja, hogy megtörik a Standard Modell által megkövetelt szimmetria. 

Amerikai, japán, kanadai és német részecskefizikusok a Physical Review Letters folyóiratban megjelent tanulmányukban arra keresik a választ, hogyan jöhet létre a szimmetriatörés, és ez hogyan mutatható ki.  A szerzők kiindulópontja az ősrobbanás-elmélet infláció utáni szakasza, ahol egyfajta fázisátmenetet tételeznek fel, amely gravitációs hullámokat gerjeszt a téridőben.

A libikóka mechanizmus

A feltételezett folyamatot a neutrínók tulajdonságaira vezetik vissza, amelyeknek nincs elektromos töltésük, viszont az oszcillációs jelenség arra utal, hogy rendelkeznek egy parányi (a többi elemi részecskénél milliószor kisebb) tömeggel. Ezek a részecskék a töltéssemlegesség miatt részben anyagként, részben antianyagként viselkednek. A gyenge kölcsönhatásból képződő megfigyelt neutrínók balsodrásúak, és rendkívül kicsi a tömegük. Létezhet azonban egy „seesaw” (libikóka) mechanizmus, amely feltételezi, hogy egyszerre két neutrínó jön létre, az egyikhez nagyon parányi tömeg (ezt lehet megfigyelni), a másikhoz hatalmas tömeg (ez jobb sodrású és kis stabilitása miatt nem detektálható) tartozik. 

A libikóka név arra utal, hogy a két tömeg szorzata a neutrínó-családon belül állandó (ez a Majorana tömeg négyzete, amelynek nagyságrendje a Higgs-bozonnak felelhet meg), és az egyik neutrínó nagy tömege okozza, hogy a másik neutrínó tömege nagyon kicsi lesz. A mechanizmus további velejárója, hogy különbséget tesz az anyag és antianyag képződés valószínűsége között is.

Grafika: Tóth Róbert Jónás

Az univerzum inflációját követő fázisátalakulás

Az elképzelés szerint viszont az inflációt követi egy átmeneti lehűlési, majd újra felmelegedési szakasz. A lehűlési szakasz szimmetriája megakadályozza, hogy a nagy tömegű jobb sodrású neutrínók létrejöjjenek, viszont az újra felmelegedés során ez a szimmetria megtörik, és kialakulhatnak jobbsodrású neutrínók is. 

A nagy tömegű neutrínó már tömeget adhat a Higgs-bozonnak, amely bomlása során létrehozhatja az anyagi részecskék tömegét, amely már többséget alkot az antianyag felett. Ez a jelenség az univerzum fázisváltozásának felel meg.

Mik azok a kozmikus húrok?

A libikóka mechanizmus kísérleti megfigyelése a rövid élettartam és rendkívül nagy energiaigény miatt földi körülmények között komoly nehézségekbe ütközik. 

Ennek áthidalására tesznek javaslatot a szerzők a kozmikus húrok koncepciójával. Szerintük az univerzum fázisátalakulása során rendkívül hosszú és rendkívül keskeny energianyalábok jönnek létre, az úgynevezett kozmikus húrok. Feltételezik, hogy az energianyalábok finom rezgése gravitációs hullámokat vált ki, amelyek megfigyelésére lehetőséget látnak ugyan, de megjegyzik ennek nehézségét is, mert ezek a hullámok várhatóan gyengék a fekete lyukak vagy más égi objektumok összeolvadása során kiváltott hullámokhoz képest. 

A szerzők reményüket fejezik ki, hogy jövőbeli űrmissziók, valamint a gravitációs hullámok szisztematikus vizsgálatai megerősítik hipotézisüket, amelynek helyességét összetett szimmetria-megfontolásokkal támasztják alá.

Magyarországon nincs még egy olyan újság, mint a Qubit. De ahhoz, hogy továbbra is lehessen, arra kérjük kedves olvasóinkat, hogy támogassátok erőfeszítéseinket egyszeri vagy rendszeres adománnyal, és járuljatok hozzá, hogy a Qubit még alaposabb, még hitelesebb, még tudományosabb tudjon lenni.
Támogasd a Qubit munkáját – nekünk minden segítség számít!

A szerző fizikus, a BME és az ELTE címzetes egyetemi tanára. A Kalandozások a fizikában címen a Qubiten futó sorozatának korábbi írásai itttudósportréi pedig itt találhatók.  

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: