Bu araştırma, fiziğin en temel gizemlerinden birine değiniyor: Evren neden hiçlik yerine madde içeriyor? Bilim insanları, evrenin ilk dönemlerinde madde ve antimaddenin neredeyse eşit miktarlarda üretildiğine inanıyor. Bu zıt maddeler birbirleriyle karşılaştıklarında yok oluyor ve enerji açığa çıkarıyorlar. Eğer mükemmel derecede eşit miktarlarda var olsalardı, neredeyse tüm madde yok olurdu ve yıldızlar, gezegenler veya yaşam oluşturacak hiçbir malzeme kalmazdı.

Şimdi ise Southampton Üniversitesi ve Hindistan Kanpur Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacılar, bulmacanın önemli bir parçasını bulmuş olabileceklerine inanıyorlar. Açıklamaları, sıradan maddeyle nadiren etkileşime giren son derece hafif bir parçacık olan nötrinonun az bilinen bir akrabasını içeriyor.

Evrenin İlk Dönemlerinde Güçlü Bir Role Sahip Unutulmuş Bir Parçacık

Ekip, ‘ayrılmış’ ağır nötrino olarak bilinen bir parçacık türüne odaklandı. Sıradan nötrinolardan farklı olarak, bu varsayımsal daha ağır akrabanın, evreni önemli ölçüde etkilemek için diğer parçacıklarla çok zayıf bir şekilde bağlantılı olduğu genellikle düşünülüyordu.

Ancak araştırmacılar, alışılmadık derecede uzun ömrünün onu daha önce düşünüldüğünden çok daha önemli hale getirebileceğini keşfettiler. Hesaplamalarına göre, parçacık, Büyük Patlamadan sonra evren soğurken evrenin enerji yoğunluğuna geçici olarak hakim olacak kadar uzun süre hayatta kalmış olabilir.

Bu kısa süreli egemenlik dönemi, evrenin erken evrimini değiştirmiş ve nihayetinde maddenin antimaddeden daha fazla olmasına olanak sağlayan koşulları etkilemiş olabilir.

Çalışmanın yazarlarından Southampton Üniversitesi’nden Dr. Rishav Roshan şunları açıkladı:

“Bu ayrışmış ağır nötrino, parçacık fiziğinde uzun zamandır önemsiz bir arka plan detayı olarak göz ardı ediliyordu.”

“Ancak, inanılmaz derecede yavaş bozunuyor. Büyük Patlamadan sonra evren soğudukça, parçacık evrenin enerji yoğunluğunu geçici olarak ele geçirecek ve madde ağırlıklı bir dönemi tetikleyecek kadar uzun süre yaşadı.”

Bulgular , Amerikan Fizik Derneği’nin bilimsel dergisi olan Physical Review Letters’da yayımlandı .

Ağır bir nötrinonun maddenin nasıl varlığını sürdürdüğünü nasıl açıklayabileceği

Maddenin antimaddeye neden üstün geldiğini açıklamaya yönelik önceki girişimler genellikle ayrışmış ağır nötrinoyu göz ardı ediyordu. Diğer parçacıklarla çok zayıf etkileşime girdiği için, bilim insanları bunun dengesizliği yaratan süreçler üzerinde çok az etkisi olacağını varsaydılar.

Yeni araştırma bu varsayımı sorguluyor. Ekip, son derece zayıf etkileşimlere sahip bir parçacığın bile, maddenin hayati avantajını elde ettiği koşulları dolaylı olarak etkileyebileceğini buldu.

Madde ve antimadde asimetrisi olarak bilinen bu dengesizlik, varoluşumuzu anlamak için çok önemlidir. Fizikçilerin hala açıklamaya çalıştığı nedenlerden dolayı, evrenin ilk dönemlerinde antimaddeden biraz daha fazla madde vardı. Bu küçük fark, parçacıkların ve antiparçacıklarının çoğunun birbirini yok etmesinden sonra bir miktar maddenin kalmasına olanak sağladı.

“Burada bulunmamız bile, madde ve antimadde arasında bir asimetri oluştuğunu kanıtlıyor,” diye ekledi Dr. Roshan.

“Ayrışmış nötrino, erken evrende temel parçacıkların -elektronlar ve diğer leptonlar gibi- Standart Model Higgs bozonu yardımıyla karşı parçacıklarıyla etkileşime girdiği sıcaklığı değiştirdi.”

“Bu sıcaklık, madde-antimadde dengesizliğinin nasıl oluştuğunu şekillendiren bir anahtar görevi görüyor.”

Higgs bozonu, birçok temel parçacığa kütle kazandıran mekanizmayla ilişkili temel bir parçacıktır. Araştırmacıların önerdiği senaryoda, ağır nötrino, Higgs bozonunu içeren önemli parçacık etkileşimlerini yöneten sıcaklık koşullarını değiştirmiştir.

Bu etkileşimlerin gerçekleşme zamanını değiştirerek, parçacık madde ve antimadde arasındaki dengesizliğin nasıl geliştiğini etkilemiş olabilir. Başka bir deyişle, uzun zamandır önemsiz kabul edilen bir şey, evrenin neden madde içerdiğini belirlemeye yardımcı olmuş olabilir.

Antik Yerçekimi Dalgaları Cevabı Ortaya Çıkarabilir

Bu teori, evrenin en erken aşamalarında nasıl genişlediğini anlamak açısından da önemli sonuçlar doğurabilir.

Çalışmanın ortak yazarlarından Kanpur Hindistan Teknoloji Enstitüsü’nden Dr. Sudipta Show, bulguların unutulmuş parçacığın genç evrenin genişleme tarihini önemli ölçüde değiştirmiş olabileceğini gösterdiğini söyledi.

Şöyle ekledi: “Bu bize maddenin nasıl kazandığına dair yeni bir açıklama sunuyor.”

“Evrenin erken dönemdeki genişlemesinde yaşanan dramatik değişim, örneğin ilkel yerçekimi dalgalarında belirgin ancak tespit edilebilir izler bırakmaktadır.”

“Bu kütleçekim dalgası izleri, Büyük Patlamadan sonraki erken evrenin evrimini çözmemiz için bize yeni yollar açıyor.”

Yerçekimi dalgaları, uzay ve zamanın dokusundaki dalgalanmalardır. Bilim insanları, evrenin çok erken dönemlerindeki süreçlerin, o uzak dönemin koşulları hakkında bilgi taşıyan ilkel yerçekimi dalgaları üretmiş olabileceğine inanıyor.

Yeni teoriye göre, ağır nötrinonun geçici baskınlığı, bu eski sinyallerde tanınabilir izler bırakmış olabilir. Bu tür kalıpların tespiti, önerilen parçacığın evrenin en erken evrimini gerçekten etkileyip etkilemediğini araştırmanın bir yolunu sağlayabilir.

Şimdilik bu açıklama teorik kalıyor. Ancak fizikçilere kozmolojinin en derin gizemlerinden birini çözmek için yeni bir olasılık sunuyor: Maddenin antimaddeyle karşılaşması evreni neredeyse tamamen boş bırakabilecekken, maddenin nasıl hayatta kaldığı.