Ciężkie neutrina a zagadka antymaterii. Nowa hipoteza o początkach Wszechświata

Jednym z kluczowych pytań współczesnej fizyki pozostaje to, dlaczego po Wielkim Wybuchu nie doszło do całkowitego "zniesienia się" materii i antymaterii, skoro według prostych założeń powinno ich powstać niemal po równo. W centrum nowych analiz znalazła się grupa cząstek, która zwykle nie jest traktowana jako pierwszy kandydat do wyjaśnienia tej zagadki, a mimo to mogła istotnie wpłynąć na wczesny bilans kosmiczny.

Autorzy pracy – dr Rishav Roshan z University of Southampton oraz dr Sudipta Show z Indian Institute of Technology Kanpur – zwracają uwagę na nietypowe podejście do ciężkich neutrin prawoskrętnych. W proponowanym ujęciu byłyby to cząstki na tyle długowieczne, by w pewnym momencie po Wielkim Wybuchu stać się czynnikiem dominującym w gęstości energii Wszechświata.

Zgodnie z hipotezą badaczy powoli rozpadające się ciężkie neutrino mogło zapoczątkować etap, w którym zaczęła utrwalać się przewaga materii. Gdy cząstka ta po swoim rozpadzie traciła dominujący wpływ, miało to prowadzić do zmian w tempie ekspansji kosmosu oraz do przesunięć temperatur, w których zachodziły kluczowe oddziaływania między cząstkami elementarnymi.

Takie warunki – jak zakładają naukowcy – mogły silnie oddziaływać na proces nazywany leptogenezą, czyli mechanizm prowadzący do powstania nierównowagi między materią a antymaterią. W tym ujęciu to właśnie w odpowiednim "oknie" wczesnego Wszechświata mogła wytworzyć się asymetria, dzięki której materia nie została całkowicie zniszczona w reakcjach z antymaterią. Jak ujął to jeden z autorów: "Fakt, że w ogóle istniejemy, dowodzi, że rzeczywiście doszło do powstania asymetrii między materią a antymaterią."

Zespół podkreśla, że przedstawiony scenariusz ma na razie status rozważań teoretycznych i nie rozstrzyga, czy ciężkie neutrino faktycznie istniało we wczesnym Wszechświecie. Badacze wskazują jednak, że tę możliwość można próbować weryfikować w nowych eksperymentach dotyczących neutrin, a także w pomiarach i analizach związanych z falami grawitacyjnymi – o ile pojawiłyby się sygnały zgodne z takim przebiegiem ewolucji kosmosu.

Istotnym elementem propozycji jest również założenie, że zmiany tempa ekspansji wywołane dominacją, a później rozpadem ciężkiego neutrina mogły pozostawić mierzalny odcisk w pierwotnych falach grawitacyjnych. Według badaczy to właśnie poszukiwanie i interpretowanie takich śladów może otworzyć nowe perspektywy w badaniach nad fizyką najwcześniejszych etapów istnienia Wszechświata.