Kodėl mūsų visata sukasi daugiau nei materija nei keistas antimaterijus ir kodėl mes iš viso egzistuojame, yra viena iš labiausiai gluminančių šiuolaikinės fizikos galvosūkių.
Kažkodėl, kai Visata buvo neįtikėtinai jauna, dingo beveik visi antimaterijai, liko tik normalūs daiktai. Teoretikai jau seniai sustabdė vis neįmanomą paaiškinimą - ir, dar svarbiau, būdą, kaip patikrinti šį paaiškinimą eksperimentais.
Dabar teoretikų trijulė pasiūlė, kad dalelių trijulė, vadinama Higso bozonais, galėtų būti atsakinga už paslaptingą nykstantį visatos antimaterijos aktą. Ir jie mano, kad žino, kaip surasti įtariamuosius kaltininkus.
Dingusios antimaterijos atvejis
Beveik kiekvienoje subatominių dalelių sąveikoje antimaterija (identiška normaliajai medžiagai, bet turinčiai priešingą krūvį) ir normalioji medžiaga susidaro vienodai. Atrodo, kad tai yra pagrindinė Visatos simetrija. Ir vis dėlto, kai išeiname ir žiūrime į tą pačią visatą, beveik nematome jokio antimedžiagos. Kiek fizikai gali pasakyti, kiekvienoje antimedžiagos dalelėje, vis dar kabančioje, visame kosmose yra apie milijardas normaliosios medžiagos dalelių.
Ši paslaptis eina daugeliu pavadinimų, pavyzdžiui, materijos asimetrijos problema ir baronų asimetrijos problema; nepriklausomai nuo vardo, fizikai suklupo. Nuo šiol niekas nesugebėjo pateikti nuoseklaus ir nuoseklaus paaiškinimo, kad materija dominuoja prieš antimedžiagas, ir kadangi fizikų užduotis yra paaiškinti, kaip veikia gamta, tai pradeda erzinti.
Tačiau gamta paliko tam tikrų užuominų, kurios mus sukrėtė. Pvz., Jokie įrodymai apie daugybę antimedžiagų nerodomi vadinamajame kosminiame mikrobangų fone - šiluma, likusi nuo Didžiojo sprogimo, visatos gimimo. Tai rodo, kad kaparėlis atsirado labai ankstyvoje visatoje. Ankstyvoji visata buvo gana beprotiška vieta, joje vyko visokios sudėtingos, menkai suprantamos fizikos. Taigi, jei materija ir antimaterija susiskirs, tai yra tinkamas laikas tai padaryti.
Kalti Higgį
Tiesą sakant, geriausias laikas antimedžiagai išnykti yra trumpa, tačiau audringa epocha mūsų visatoje, kai gamtos jėgos išsiskyrė, kai kosmosas atvėso.
Esant didelei energijai (kaip ir dalelių susidūrimo vietoje), elektromagnetinė jėga ir silpna branduolinė jėga sujungia savo galias ir sudaro naują jėgą: elektrinį triukšmą. Kai viskas atvės ir grįžta į įprastą kasdieninę energiją, elektros srovė pasklinda į dvi pažįstamas jėgas.
Esant dar aukštesnėms energijoms, kaip ir toms, kurios buvo rastos pirmaisiais Didžiojo sprogimo momentais, mes manome, kad stipri atominė jėga susilieja su elektros srove, o esant dar aukštesnei energijai, gravitacija jungia partiją į vieną vieningą jėgą. Bet mes dar nelabai supratome, kaip gravitacija patenka į žaidimą.
Higgso bozonas, siūlomas egzistuoti septintajame dešimtmetyje, bet iki 2012 m. Nebuvo aptiktas Didžiojo hadronų koliderio viduje, atlieka elektromagnetinės jėgos atskyrimą nuo silpnos branduolinės jėgos. Fizikai yra gana tikri, kad materijos ir antimaterijos pasiskirstymas įvyko prieš tai, kai visos keturios gamtos jėgos atsidūrė savo vietose. taip yra todėl, kad mes turime gana aiškų supratimą apie visatos fiziką po suskaidymo, o pridedant per daug antimaterijos vėlesnėse epochose pažeidžiami kosminių mikrobangų fono stebėjimai).
Taigi galbūt tam tikrą vaidmenį vaidina Higso bozonas.
Bet pats Higsas negali to sumažinti; nėra žinomo mechanizmo, naudojančio tik Higgą, kad būtų galima subalansuoti materiją ir antimateriją.
Laimei, Higso istorija gali būti nesibaigianti. Atlikdami eksperimentus, fizikai rado vieną Higso bozoną, kurio masė yra apie 125 milijardus elektronų voltų, arba „GeV“ - nuoroda - protonas sveria apie 1 GeV.
Pasirodo, Higsas gali būti ne vienas.
Visiškai įmanoma, kad aplinkui plūduriuoja daugiau Higso bozonų, kurie yra masyvesni nei tie, kuriuos šiuo metu galime aptikti savo eksperimentuose. Šiais laikais tas aitriausias Higsas, jei jie egzistuotų, daug nedarytų, tikrai nedalyvaudami jokioje fizikoje, kurią galime pasiekti su savo susidūrėjais - Tiesiog mes neturime pakankamai energijos jiems „suaktyvinti“. Bet pirmosiomis visatos dienomis, kai energijos buvo daug, daug daugiau, kiti Higgai galėjo būti suaktyvinti, ir tie Higgai galėjo sukelti tam tikrų pagrindinių dalelių sąveikos disbalansą, dėl kurio atsirado šiuolaikinė materijos ir antimaterijos asimetrija.
Paslapties sprendimas
Neseniai internete paskelbtame leidinyje „preX“ žurnale „ArXiv“ trys fizikai pasiūlė įdomų potencialų sprendimą: Galbūt trys Higso bozonai (pravardžiuojami „Higso trejetu“) ankstyvojoje visatoje žaidė karštos bulvės žaidimą, sukeldami normalios medžiagos potvynį. . Kai materija liečiasi su antimaterija - netikras - abu sunaikina ir išnyksta.
Ir todėl didžioji šios materijos srovės dalis sunaikins antimateriją, ją beveik visiškai išnaudodama iš radiacijos potvynio. Šiame scenarijuje užtektų normalaus dalyko, kuris leistų nueiti į šių dienų visatą, kurią mes žinome ir mylime.
Norėdami sukurti šį darbą, teoretikai siūlo, kad trijulė apimtų vieną žinomą Higso dalelę ir dvi naujokas, kurių kiekvieno dueto masė būtų apie 1000 GeV. Šis skaičius yra visiškai savavališkas, tačiau buvo specialiai pasirinktas tam, kad šį hipotetinį Higgį būtų galima aptikti su naujos kartos dalelių susidūrėjais. Daikto, kurio niekada negalima aptikti, buvimo nėra jokio reikalo.
Tada fizikai turi iššūkį. Nesvarbu, koks mechanizmas lemia asimetriją, jis turi suteikti medžiagai pranašumą prieš antimedžiagą iš milijardo karto. Ankstyvojoje visatoje laikas atlikti labai trumpą laiką. Kai pajėgos pasiskirsto, žaidimas baigėsi ir, kaip žinome, fizika yra užfiksuota. Ir šis mechanizmas, įskaitant du naujus Higgus, turi būti išbandomas.
Trumpas atsakymas: jie sugebėjo tai padaryti. Suprantama, kad tai labai sudėtingas procesas, tačiau visa apimanti (ir teorinė) istorija eina taip: Du nauji Higgai skaidosi į dalelių dušus šiek tiek skirtingais tempais ir šiek tiek skirtingais medžiagų pasirinkimais, palyginti su antimaterija. Laikui bėgant šie skirtumai didėja, o kai elektros sklidimo jėga pasiskirsto, visatos „pastatytų“ materijos ir antimaterijos dalelių populiacijų skirtumas yra toks, kad normali medžiaga baigiasi dominuojančia prieš antimateriją.
Be abejo, tai išsprendžia baronų asimetrijos problemą, bet iškart kelia klausimą, ką gamta daro su tiek daug Higso bozonų. Bet mes imsimės dalykų vienu žingsniu vienu metu.
