Защо в първите мигове след Големия взрив цялата материя не се е унищожила взаимно с антиматерията, както би трябвало според законите на симетриите на Стандартния модел на елементарните частици? Изследователи предлагат нов интересен подход за разрешаването на тази мистерия - образуването на солитонни възли, които действат псевдочастица, предизвикваща асиметричен разпад на повече частици материя, отколкото антиматерия. Най-хубавото е, че тази хипотеза може да бъде проверена чрез гравитационно-вълновия си отпечатък.
Ако се сблъскат два неутрона с почти светлинна скорост, това би създало каскада от частици - от протони, електрони и неутрино до по-екзотични. Учените не могат да предвидят точния брой или вид на произведените частици, но знаем едно нещо: общият заряд на всички частици би бил нула. Това е така, защото има закон за запазване на заряда и тъй като неутроните имат нулев заряд, получените от тях частици трябва да имат също общ нулев заряд.
Примери за симетрия във физиката на елементарните частици. Кредит: Flip Tanedo
Електрическият заряд (C) е само една от присъщите симетрии, които управляват физиката на елементарните частици. Другите са четност (P) или "пространствена инверсия, отражение" и време (T). Тези симетрии могат да се комбинират, за да създадат CP симетрия, PT симетрия или CPT симетрия. Едно от последствията от това е, че когато се вземат заедно, тези симетрии изискват симетрия между материя и антиматерия. С достатъчно енергия може да се създаде отрицателно зареден електрон, но само ако се създаде и положително зареден позитрон. Симетрията е мощен инструмент във физиката, но в нея има мистерия.
Стандартният космологичен модел казва, че материята е създадена от плътната енергия на Големия взрив. Според симетрията, материята и антиматерията са се появили в равни количества, но когато погледнем Вселената, тя е съставена от материя. Няма галактики с антиматерия или облаци от антиводород, които да се движат в космоса. Само обикновената материя, която изгражда и нас. Тази загадка физиците наричат проблем с асиметрията на материята.
Едно възможно решение на този проблем, казва астрофизикът Брайън Коберлайн, е да се въведе асиметрия в разпадането на частиците. Оказва се, че единствената наистина важна симетрия за космологията е CPT симетрията. Ако CPT е нарушена, тогава е нарушена и Лоренцовата инвариантност, което означава, че Специалната и Общата теория на относителността са нарушени и цари хаос.
Но има други симетрии, които могат да бъдат нарушени в някоии случаи. Знаем например, че слабото взаимодействие може да наруши CP симетрията. Ако PT също може да бъде нарушена, тогава зарядът няма да бъде перфектно запазен. Но нищо в Стандартния модел на физиката на частиците изглежда не позволява нарушение на PT.
3D графики на численото решение за възлов солитон. Кредит: Eto, et al
Сега нова работа разглежда разширен модел на физиката на елементарните частици и как разширените симетрии могат да създадат асиметрия на материята. Авторите разглеждат две специфични симетрии.
Първата е симетрията на Печей-Куин (PQ - Peccei-Quinn symmetry), която се основава на хипотетични частици, наречени аксиони. Аксионите също често се предлагат като частици на тъмната материя.
Втората е симетрията на барионното число минус лептонното число (BL - Baryon Number Minus Lepton Number). Протоните и неутроните са бариони, електроните и неутриното са лептони. В стандартната физика, барионните и лептонните числа са запазват, но някои модели предполагат съществуването на тежки "стерилни" неутрино, които могат да се разпаднат на по-леки частици.
Вместо да разглежда специфични разширени модели, екипът се фокусира върху симетриите и техните последици.
Те откриват, че PQ и BL симетриите позволяват образуването на солитонови възли в енергийни полета, които биха могли да предоставят чисто геометрично обяснение на спонтанното нарушаване на симетрията. Тези възли биха могли да действат като вид псевдочастица, която би предизвикала асиметричен разпад на повече частици материя, отколкото антиматерия. С други думи, тези възли може да са се образували в най-ранните моменти на Големия взрив, като по този начин са позволили на материята да се образува много по-лесно от антиматерията.
Екипът също така установява, че наличието на тези възли в ранната Вселена би оставило гравитационен отпечатък. По принцип, гравитационен вълнов сигнал би могъл да потвърди съществуването на тези възли, въпреки че това е далеч отвъд настоящите възможности на гравитационно-вълновата астрономия.
Въпреки че изследването не е окончателно, то е интересен подход към проблема с асиметрията на материята. В момента това е Гордиевият възел на космологията, така че може би един нов вид възел би могъл да се разсече по-лесно.
Справка:
-
Greenberg, Oscar W. "CPT violation implies violation of Lorentz invariance." *Physical Review Letters* 89.23 (2002): 231602.
-
Eto, Minoru, Yu Hamada, and Muneto Nitta. "Tying knots in particle physics." *Physical review letters* 135.9 (2025): 091603.
Източник: Gordian Knot, Brian Koberlein
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука
10-годишно момиче открива рядък мексикански аксолотъл. Какво знаем за тези животни
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване