Едно още по-призрачно неутрино може би управлява Вселената

Благодарение на странни "дясноориентирани" частици неутрино съществува цялата материя във Вселената според нови изследвания.

Защо във Вселената има нещо, а не нищо? Почти всички фундаментални взаимодействия във физиката са точно симетрични, което означава, че те произвеждат точно толкова материя, колкото и антиматерия.

Но Вселената е изпълнена само с материя, а антиматерията се появява само в отделни високоенергийни процеси.

Очевидно нещо се е случило, за да наруши баланса, но какво?

Ново изследване показва, че отговорът може да се крие в призрачните малки частици, наречени неутрино.

Неутриното е изключително странно. Съществуват три разновидности и всяка от тях е почти без маса (един милион пъти са по-леки от електрона, втората най-лека частица), те са електрически неутрални и рядко взаимодействат с материята.

Илюстрация на превръщането на мюонно неутрино в електронно неутриното, а след това пак в мюонно. Проблемът с неутриното е, че физиците знаят общата маса на трите вида, но не и масата на отделните неутрина. Източник: Physicsworld.com

Проблемът с неутриното е, че физиците знаят общата маса на трите вида, но не и масата на отделните неутрина. 

Това може да се обясни, ако неутрината са едновременно и собствените си античастици, тоест ако версията на антиматерията при тях е идентична с версията на материята. Такива частици се наричат майорана (на името на италианския физик-теоретик Еторе Майорана (Ettore Majorana), работил върху теорията за неутриното).

Ако физици открият, че това е така, това би означавало, че неутриното получават маса от някъде другаде освен от полето на Хигс. (вж "Има ли нещо скрито, което определя малката маса на неутриното?")

Неутриното би трябвало да получава маса от подобно на Хигс поле, което е електрически неутрално и обхваща цялата вселена. Това може да бъде същото Хигс поле, което дава маса на останалите елементарни частици, но може и да е някой негов много далечен братовчед. В някои теории, масата на неутриното идва от допълнителен, чисто нов източник, който може би крие отговорите на други мистерии на физиката на елементарните частици.

Освен това всичките три вида неутрино са "лявоориентирани", което означава, че вътрешното им въртене (спин) се ориентира само в една посока, докато пътешестват в пространството. По това се различават от всички останали частици, които могат да се ориентират и в двете посоки.

Открити са само лявоориентирани неутрино и дясноориентирани антинеутрино. (вж "Огледална вселена, пътуваща назад във времето, обяснява космологията без инфлация")

Още през 50-те години на миналия век се смяташе, че съществува само като ляво неутрино или дясно антинеутрино. Кредит: Shilpa Sayura 2006-2017

Ако насочите палеца на лявата си ръка в посоката, в която се движи неутриното, тогава четирите ви свити пръста показват посоката, в която се върти. Наблюдаваните леки неутрино се наричат ​​"леви" неутрино.

Природата не е симетрична между частици/античастици или между огледалните изображения на частиците. Или както симетрията на огледалното отражение, така и зарядовата симетрия се комбинират. До откриването на неутрино, които ясно нарушават огледалната симетрия дори без разпад, те бяха единствения потенциален начин за откриване на нарушения на P-симетрията. Кредит: E. Siegel/Beyond the Galaxy

Какъв е смисълът частиците неутрино да имат някаква, но много малка маса? И къде са "дясноориентираните" ?

За да обяснят това, учените са измислили различни механизми, най-популярният от които е "механизмът на люлката" (seesaw). Той се опитва да обясни масата на неутриното със съществуването на други тежки видове неутрино, които може да са съществували в ранната Вселена и именно заради асиметрията в техните разпади да се е образувала барионната асиметрия - материята получава превес над антиматерията.  (вж "Неутриното е толкова леко, защото някой прекалено тежък е седнал от другата страна на люлката")

По силата на този механизъм вече известните ни леки леви неутрино трябва да имат тежки десни партньори, а известните ни леки антинеутрино, които са десни (въртят се обратно на часовниковата стрелка спрямо посоката си на движение), те пък трябва да имат тежки леви двойници-античастици. Леките и тежките маси са обратно пропорционални като две страни на люлка. А за да работи този "механизъм на люлката", неутриното и антинеутриното от всяка страна на люлката трябва всъщност да са една и съща частица, с изключение на тяхната противоположна хиралност (посока на въртене). Ако неутриното са едновременно и собствените си античастици, тоест ако вариантът на антиматерията при тях е идентичен с варианта на материята, такива частици се наричат майорана. Кредит: Symmetry magazine 

Такива гигантски партньори на неутриното и антинеутриното може да са се образували веднага след Големия взрив и да са съществували известно време докато Вселената е била много по-гореща и по-плътна, отколкото е сега. Тези тежки частици са се разпаднали в други елементарни частици като най-вероятно тежките антинеутрино да са го направили по-бързо и по този начин се е създала повече материя от антиматерия.

Ако тежките неутрино наистина са се разпадали неравномерно на материя и антиматерия, тогава вероятно също днешните неутрино ще се държат по различен начин от техните частици антиматерия - антинеутрино. По идея на Quanta Magazine

Стабилните десни неутрино биха били идеалният кандидат за тъмна материя, защото те не се свързват с никоя от известните сили, освен гравитацията.

Изследователите, автори на новата статия, предполагат, че дясноориентираните неутрино не са изчезнали напълно от космическата сцена. Вместо това те са се свързали, за да образуват още една нова частица: майорон - хипотетична електрически неутрална частица без спин с нулева или много ниска маса. Взаимодейства с неутрино от майоранов тип и много слабо с всички други елементарни частици.

Съществуването на майорон се предвижда като възможно следствие от нарушаването на симетрията между частици и античастици (нарушаването на закона за запазване на лептонния заряд). Поради наличието на майоран, неутриното имат допълнителна майоранова маса, благодарение на която става възможно трансформирането на неутрино в антинеутрино.

Според новата статия, която още не е минала партнорска проверка, частиците майорон все още обитават космоса, оцелявайки като реликва от онези древни времена.

Масивна, невидима частица, която просто се мотае из космоса, която почти не реагира с други частици? Това би бил идеалният кандидат за тъмна материя - мистериозното вещество, което съставлява масата на почти всяка галактика.

Това означава, че взаимодействията между различните видове неутрино биха могли да обяснят защо всички наблюдавани неутрино са лявоориентирани, защо има повече материя, отколкото антиматерия, и защо Вселената е изпълнена с тъмна материя.

Всичко това е хипотетично, но определено си заслужава да се проучи. И ако някога открием доказателства за десни неутрино, може би ще сме на прав път към разрешаването на редица космологични загадки.

Справка: Leptogenesis with Majoron Dark Matter; Stephen F. King, Soumen Kumar Manna, Rishav Roshan, Arunansu Sil; https://arxiv.org/abs/2412.14121 

Източник: An Even Ghostlier Neutrino May Rule the Universe, Paul Sutter, Universe Today

Още по темата

31/07/2019

Физика

Една неуловима частица, която действа като собствена си античастица, бе демонстрирана пряко

11/04/2018

Физика

Странното неутрино все още не може да обясни загадката на материята

21/07/2017

Физика

Доказаха наличието на частица, което е своя собствена античастица

04/08/2016

Физика

Неутриното е толкова леко, защото някой прекалено тежък е седнал от другата страна на люлката (видео)