Наука

Забытая частица объяснила астрофизикам, почему существует Вселенная

Physical Review Letters: тяжелое нейтрино решило судьбу всей Вселенной
1200 800 600 400 600 600 200 200 895 505

Материя победила антиматерию благодаря тяжелому нейтрино, которое физики десятилетиями считали не влияющей ни на что деталью. Из-за медленного распада частица выжила в остывающем космосе и временно захватила господство во Вселенной. Такая гипотеза появилась у команды Саутгемптонского университета в Англии и их коллег. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Проблема, которую она решает, стара как сама космология. Согласно учебникам, Большой взрыв должен был породить материю и антиматерию строго поровну, и при встрече они должны были полностью превратиться в излучение. Значит, Вселенная обязана была стать морем чистого света без планет и людей. Раз мы существуем, равновесие где-то нарушилось. По распространенной оценке, перекос был микроскопическим: примерно одна лишняя частица материи на миллиард аннигилировавших пар, и именно этот остаток собрал все галактики.

Решение нашлось у частицы с репутацией статиста: «развязанного» тяжелого нейтрино, настолько слабо взаимодействующего с остальным миром, что большинство прежних теорий его попросту не замечало. «Эту частицу долго сбрасывали со счетов как не влияющую мелочь в физике элементарных частиц, — объясняет Ришав Рошан из Саутгемптона. — Но поскольку она распадается очень медленно, то пережила охлаждение космоса, временно перехватила плотность энергии Вселенной и запустила эпоху господства материи».

Тяжелое нейтрино сместило температуру, при которой лептоны, например электроны, взаимодействовали со своими античастицами через бозон Хиггса. Именно эта температура и определяет, насколько сильно равновесие качнется в сторону материи. Так произошел крошечный сдвиг порога в ранней Вселенной, в результате которого мы наблюдаем галактики, звезды и жизнь.

Проверить гипотезу позволит само пространство: предсказанные изменения оставят отчетливые, но уловимые отпечатки на первичных гравитационных волнах, эхе первых мгновений мира. Работа, по словам соавтора Судипты Шоу, меняет картину стремительного раннего расширения Вселенной и предлагает «новое объяснение того, как победила материя». Если отпечаток найдут, частица из фонового шума станет главной фигурой космического зарождения, а вопрос, почему мы вообще существуем, получит самый прямой из возможных ответов.

Ранее астрофизики открыли механизм, спасающий Вселенную от мгновенного распада.