Новое исследование может помочь ответить на одну из самых больших загадок вселенной: почему больше вещества, чем антивещества? Этот ответ, в свою очередь, может объяснить, почему существует все, от атомов до черных дыр.
Миллиарды лет назад, вскоре после Большого взрыва, космическая инфляция растянула крошечное семя нашей вселенной и превратила энергию в материю. Физики считают, что инфляция изначально создала одинаковое количество вещества и антивещества, которые уничтожают друг друга при контакте. Но затем произошло нечто, что склонило чашу весов в пользу материи, позволив появиться всему, что мы можем увидеть и потрогать - и новое исследование предполагает, что объяснение скрыто в очень незначительных колебаниях в пространстве-времени.
«Если вы просто начнете с равного компонента вещества и антивещества, вы просто не получите ничего», потому что антивещество и вещество имеют равный, но противоположный заряд, - говорит ведущий исследователь исследований Джефф Дрор, доктор наук в Калифорнийском университете. Беркли и исследователь физики в Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли. «Все будет просто уничтожено».
Очевидно, что все не было уничтожено, но исследователи не уверены, почему. Ответ может включать очень странные элементарные частицы, известные как нейтрино, которые не имеют электрического заряда и могут действовать как материя или антивещество.
Одна идея состоит в том, что примерно через миллион лет после Большого взрыва Вселенная охладилась и прошла фазовый переход, событие, подобное тому, как кипящая вода превращает жидкость в газ. Это фазовое изменение побудило распадающиеся нейтрино создавать больше вещества, чем антивещества на некоторое «небольшое, небольшое количество», сказал Дрор. Но «нет очень простых способов - или почти любых способов - исследовать и понять, действительно ли это произошло в ранней вселенной».
Но Дрор и его команда, с помощью теоретических моделей и расчетов, нашли способ, которым мы могли бы увидеть этот фазовый переход. Они предположили, что изменение создало бы чрезвычайно длинные и чрезвычайно тонкие нити энергии, называемые «космическими нитями», которые все еще пронизывают вселенную.
Дрор и его команда поняли, что эти космические струны, скорее всего, будут создавать очень слабую рябь в пространстве-времени, называемую гравитационными волнами. Обнаружьте эти гравитационные волны, и мы сможем выяснить, верна ли эта теория.
Самые сильные гравитационные волны в нашей вселенной возникают, когда происходит сверхновая, или взрыв звезды; когда две большие звезды вращаются вокруг друг друга; или когда две черные дыры сливаются, согласно НАСА. Но предложенные гравитационные волны, вызванные космическими струнами, были бы намного круче, чем те, которые наши инструменты обнаружили ранее.
Однако, когда команда смоделировала этот гипотетический фазовый переход при различных температурных условиях, которые могли произойти во время этого фазового перехода, они сделали обнадеживающее открытие: во всех случаях космические струны будут создавать гравитационные волны, которые будут обнаруживаться будущими обсерваториями, такими как Космическая антенна лазерного интерферометра Европейского космического агентства (LISA), а также предложенный наблюдатель Большого взрыва и Обсерватория гравитационных волн (DECIGO) Интерферометра Японского аэрокосмического агентства.
«Если эти струны будут производиться в достаточно высоких энергетических масштабах, они действительно будут генерировать гравитационные волны, которые могут быть обнаружены запланированными обсерваториями», - заявил в прямом эфире Танмей Вачаспати, физик-теоретик из Университета штата Аризона, который не принимал участия в исследовании.
Результаты были опубликованы 28 января в журнале Physical Review Letters.
Примечание редактора: эта история была обновлена для исправления организаций, отвечающих за LISA. Им управляет Европейское космическое агентство, а не НАСА, которое является соавтором проекта.
