راز ضد ماده کیهانی کشف شد

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، کیهان در اوایل وجودش، اندکی پس از انفجار بزرگ، پر از تعداد مساوی ماده و «ضد ماده» بود - ذراتی که همتای ماده هستند، اما بار‌های مخالف دارند. سپس با گسترش فضا، جهان سرد شد.

جهان امروزی پر از کهکشان‌ها و ستاره‌های مبتنی بر ماده است. ماده چگونه بر جهان مسلط شد و پادماده کجا رفت؟ دانشمندان هنوز در مورد منشأ کیهانی ماده در حیرت هستند.

فیزیکدانان دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید و دانشگاه تسینگ‌هوا در چین، با فراخوانی «برخوردکننده کیهانی»، اکنون مسیر جدیدی را برای مطالعه منشا کیهانی ماده باز کرده‌اند.

پادماده ماده‌ای است که از پادذرات ذرات مربوطه موجود در ماده «معمولی» تشکیل شده است.

نه هر برخورد کننده‌ای

برخورد دهنده‌های پرانرژی، مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون، برای تولید ذرات بنیادی زیراتمی بسیار سنگین طراحی شده اند که ممکن است فیزیک جدیدی را آشکار کنند. با این حال، برخی از فیزیک‌های جدید، مانند آن‌هایی که ماده تاریک و منشأ ماده را توضیح می‌دهند، می‌توانند ذرات بسیار سنگین‌تری را در بر گیرند و انرژی بسیار بیشتری نسبت به یک برخورددهنده ساخته‌شده توسط انسان نیاز دارند. به نظر می‌رسد که جهان اولیه ممکن است به عنوان یک برخورد فوق العاده عمل کرده باشد.

یانو کوی، دانشیار فیزیک و نجوم در UCR، توضیح داد که تورم کیهانی، دوره‌ای که جهان با سرعت فزاینده‌ای منبسط می‌شود، معمولاً تصور می‌شود که قبل از انفجار بزرگ بوده است.

کوی گفت: تورم کیهانی محیطی بسیار پرانرژی را فراهم کرد که تولید ذرات سنگین جدید و همچنین برهمکنش‌های آن‌ها را امکان‌پذیر کرد. کیهان تورمی دقیقاً مانند یک برخورد دهنده کیهانی رفتار می‌کرد، با این تفاوت که انرژی آن ۱۰ میلیارد برابر بزرگ‌تر از هر برخورددهنده‌ای بود که ساخته دست بشر بود.

به گفته کوی، زمانی که کیهان منبسط شد، ساختار‌های کوچکی که توسط رویداد‌های پرانرژی در طول تورم تشکیل شده بودند، کشیده شدند، که منجر به ایجاد مناطقی با چگالی متفاوت در جهانی همگن شد. این ساختار‌های میکروسکوپی سپس ساختار بزرگ مقیاس جهان ما را که امروزه به عنوان توزیع کهکشان‌ها در سراسر آسمان دیده می‌شود، ایجاد کردند.

کوی خاطرنشان کرد که تجزیه و تحلیل اثر برخورد دهنده کیهانی در محتویات کیهان امروزی، مانند کهکشان‌ها و پس زمینه مایکروویو کیهانی، ممکن است فیزیک ذرات زیراتمی جدیدی را نشان دهد.

Cui و Zhong-Zhi Xianyu، استادیار فیزیک در دانشگاه Tsinghua، در مجله Physical Review Letters گزارش دادند که با استفاده از فیزیک برخورد دهنده کیهانی و استفاده از داده‌های دقیق برای اندازه‌گیری ساختار جهان ما از آزمایش‌های آتی مانند SPHEREx و توموگرافی خطی ۲۱ سانتی متری، راز منشا کیهانی ماده ممکن است آشکار شود.

کوی گفت: این واقعیت که جهان امروزی ما تحت تسلط ماده است، یکی از گیج کننده‌ترین و دیرینه‌ترین اسرار در فیزیک مدرن است. یک عدم تعادل یا عدم تقارن ظریف بین ماده و پادماده در جهان اولیه برای دستیابی به تسلط ماده امروزی لازم است، اما در چارچوب شناخته شده فیزیک بنیادی قابل تحقق نیست.

لپتوژنز برای نجات

Cui و Xianyu آزمایش لپتوژنز را پیشنهاد می‌کنند، مکانیزم شناخته شده‌ای که منشأ باریون - گاز مرئی و ستارگان - عدم تقارن را در جهان ما توضیح می‌دهد. اگر جهان با مقادیر مساوی ماده و پادماده آغاز شده بود، آن‌ها یکدیگر را به تابش فوتون نابود می‌کردند و چیزی باقی نمی‌گذاشتند. از آنجایی که امروزه ماده بسیار بیشتر از پادماده است، برای توضیح عدم تعادل نیاز به عدم تقارن است.

کوی گفت: لپتوژنز یکی از قانع‌کننده‌ترین مکانیسم‌هایی است که عدم تقارن ماده-ضد ماده را ایجاد می‌کند. این شامل یک ذره بنیادی جدید، نوترینوی راست دست است. با این حال، مدت‌ها تصور می‌شد که آزمایش لپتوژنز تقریباً غیرممکن است، زیرا جرم نوترینوی راست‌دست معمولاً مرتبه‌های بزرگی فراتر از دسترسی بالاترین برخورد دهنده انرژی ساخته شده، یعنی برخورد دهنده بزرگ هادرونی است.

کار جدید آزمایش لپتوژنز را با رمزگشایی ویژگی‌های آماری دقیق توزیع فضایی اجسام در ساختار کیهانی که امروزه مشاهده می‌شود، پیشنهاد می‌کند، که یادآور فیزیک میکروسکوپی در طول تورم کیهانی است. محققان استدلال می‌کنند که اثر برخورد دهنده کیهانی، تولید نوترینوی راست دست فوق سنگین را در دوران تورم ممکن می‌کند.

به طور خاص، ما نشان می‌دهیم که شرایط ضروری برای تولید عدم تقارن، از جمله فعل و انفعالات و جرم‌های نوترینوی راست‌دست، که بازیگر کلیدی در اینجا است، می‌تواند اثر انگشت متمایزی را در آمار توزیع فضایی کهکشان‌ها یا پس‌زمینه مایکروویو کیهانی باقی بگذارد.

کوی گفت: می‌توان دقیقاً اندازه گیری کرد. مشاهدات اخترفیزیکی پیش‌بینی‌شده در سال‌های آینده می‌توانند به طور بالقوه چنین سیگنال‌هایی را شناسایی کرده و منشأ کیهانی ماده را آشکار کنند.