Новая теория может объяснить, почему Вселенная не самоуничтожилась в начале существования

Вопрос существования вселенной – не философский. По крайней мере, в этом случае. Он вполне научный, ведь ученые предполагают, что на всю материю, созданную в момент зарождения Вселенной, должно было быть создано равное количество антиматерии. Последняя также имеет массу и занимает пространство, однако ее частицы демонстрируют свойства, противоположные свойствам соответствующих частиц материи. Это приводит к тому, что при встрече друг с другом они должны аннигилировать, то есть взаимоуничтожиться, высвободив энергию. Так что если их количество было равно, Вселенная испарилась бы еще в начале и никогда бы не образовала галактики, звезды, планеты и, соответственно, нас, людей. Сегодня мизерное количество антиматерии существует вокруг нас, но оно очень редко. Это значит, что она или куда-то исчезла, или где-то скрывается, или ее вообще не было так много и теория ошибочна. Новое предположение несколько отличается от всего, что ранее выдвигали ученые.

Смотрите также Астрономы сфотографировали рождение планеты, похожей на Юпитер

Как начиналась Вселенная

Новое исследование проблемы асимметрии показывает, что измерение телескопом количества и типа гелия в далеких галактиках может предложить решение этой давней загадки.

В первые миллисекунды после Большого взрыва Вселенная была горячей, плотной и полной элементарных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны, плавающих в плазме. В этой смеси также присутствовали нейтрино — очень крошечные частицы, слабо взаимодействующие между собой, и антинейтрино — их аналоги из антиматерии.

Физики считают, что уже через секунду после Большого взрыва начали формироваться ядра легких элементов, таких как водород и гелий. Этот процесс известен как нуклеосинтез Большого взрыва. Образовавшиеся ядра состояли примерно на 75% из ядер водорода и на 24% из ядер гелия, а также из небольшого количества более тяжелых ядер. Наиболее распространенная в сообществе физиков теория образования этих ядер гласит, что нейтрино и антинейтрино сыграли фундаментальную роль в создании ядер гелия.

Образование гелия в ранней Вселенной происходило в два этапа. Сначала нейтроны и протоны превращались из одних в другие в серии процессов с участием нейтрино и антинейтрино. С охлаждением Вселенной эти процессы прекратились и установилось соотношение протонов и нейтронов.

Физики до сих пор проверяют и дискутируют о том, как соотношение протонов и нейтронов зависит от относительного количества нейтрино и антинейтрино в ранней Вселенной. Если бы нейтрино было больше, то модели показывали бы больше протонов, а нейтронов было бы меньше.

Поэтому когда Вселенная охлаждалась, из этих протонов и нейтронов образовались водород, гелий и другие элементы. Гелий состоит из двух протонов и двух нейтронов, а водород — только из одного протона и без нейтронов. Следовательно, чем меньше нейтронов было доступно в ранней Вселенной, тем меньше гелия могло бы возникнуть. Поскольку ядра, образованные во время нуклеосинтеза Большого взрыва, можно наблюдать и сегодня, ученые могут сделать вывод, сколько нейтрино и антинейтрино было в ранней Вселенной. Они делают это, изучая галактики, богатые легкими элементами, такими как водород и гелий.

Гелий дает ответы

В прошлом году Subaru Collaboration – группа японских ученых, работающих на телескопе Subaru – опубликовала данные о 10 галактиках далеко за пределами нашей, которые почти полностью состоят из водорода и гелия. Используя метод, который позволяет исследователям отличать различные элементы друг от друга на основе длин волн света, наблюдаемых в телескоп, удалось точно определить, сколько гелия существует в каждой из этих 10 галактик: его меньше, чем принятая теория предполагает. Поэтому ученые вернулись назад, чтобы определить количество нейтрино и антинейтрино, необходимое для создания такого количества гелия.

Официально принятые сегодня расчеты говорят, что в ранней Вселенной должно было быть одинаковое количество нейтрино и антинейтрино. Однако новый анализ показал иное: количество нейтрино было больше, чем количество антинейтрино.

Какие выводы можно сделать

Этот анализ новых данных о богатых гелием галактиками имеет далеко идущие последствия. Он может быть использован для объяснения асимметрии между материей и антиматерией. Данные прямо указывают на источник этого дисбаланса: нейтрино. Из-за разных процессов физики элементарных частиц асимметрия в нейтрино могла распространиться на асимметрию во всей материи.