Naučnici možda otkrili zašto uopšte postojimo

Ipak, u nekom trenutku u ranom svemiru došlo je do sićušne neravnoteže koja je materiji omogućila opstanak. Fizičari sada nude novo objašnjenje za tu pojavu i sugerišu da bi rješenje mogla biti hipotetička „čestica duh“ koja bi istovremeno mogla da riješi više kosmoloških zagonetki, piše Sajens alert (Science Alert).

Rješenje u „sterilnom neutrinu“

U novoj studiji objavljenoj u časopisu Fizikal rivju leters (Physical Review Letters), fizičari Rišav Rošan sa Univerziteta u Sautemptonu i Sudipta Šou sa Indijskog instituta za tehnologiju u Kanpuru opisali su kako je takozvani „sterilni neutrino“ mogao da omogući postojanje materije.

Naziv „sterilni“ dobio je jer ne reaguje na sile koje djeluju na običnu materiju. Na njega djeluju samo gravitacija i izuzetno slabo privlačenje Higsovog polja.

„Ovaj odvojeni, teški neutrino dugo se odbacivao kao nevažan pozadinski detalj u fizici čestica“, objašnjava Rošan.

„Međutim, on se raspada nevjerovatno sporo. Dok se svemir hladio nakon Velikog praska, čestica je preživjela dovoljno dugo da privremeno preuzme dominantnu ulogu u gustini energije svemira i pokrene period u kojem dominira materija.“

Zagonetka mase i Higsovo polje

Superteška čestica koja stupa u interakciju samo posredstvom gravitacije podsjeća i na drugu veliku kosmološku zagonetku – tamnu materiju. Sterilni neutrini glavni su kandidati za barem dio mase koja „nedostaje“ u svemiru, iako su čestice koje se razmatraju za tu ulogu znatno lakši srodnici one iz ove studije.

I obični neutrini, za koje znamo da postoje u tri vrste, sami su po sebi misterija. Iako su svuda oko nas, gotovo su bez mase i bez električnog naboja. Naučnici iz CERN-a procjenjuju da ih ima deset milijardi puta više od svih ostalih čestica s masom. Njihova sićušna masa, barem milion puta manja od mase elektrona, jedna je od velikih nepoznanica.

Ta zagonetka uključuje takozvano Jukavino vezivanje, koje mjeri interakciju čestica s Higsovim poljem koje im daje masu. Fizičar Dejvid Miler to je slikovito opisao devedesetih godina, uporedivši Higsovo polje s koktel-zabavom.

Što je gost poznatiji, to ga ostali gosti više usporavaju. U toj analogiji, Jukavina interakcija predstavlja nivo nečije slave. Obični neutrini bili bi, dakle, nevjerovatno nepoznati gosti.

Crvena linija koja naglo pada predstavlja pomenuti odvojeni neutrino. Grafikon prikazuje period u kojem je ta čestica imala najveći uticaj na razvoj ranog svemira, prije nego što je nestala i omogućila ponovnu prevlast procesa kojima dominira zračenje. Foto: Rošan i Šou, Fizikal rivju leters, 2026.

Mehanizam klackalice i odvojeni neutrino

Jedna od teorija koja pokušava da objasni sićušnu masu običnih neutrina jeste „mehanizam klackalice“. Prema njemu, obični neutrini toliko su lagani upravo zato što su njihovi još neotkriveni sterilni parnjaci izuzetno teški. Tu na scenu stupa „odvojeni“ neutrino, treća i zanemarena vrsta sterilnog neutrina koja bi mogla da objasni zašto uopšte postojimo.

„Odvojeni neutrino promijenio je temperaturu u ranom svemiru na kojoj su osnovne čestice, poput elektrona i drugih leptona, stupale u interakciju sa svojim antičesticama uz pomoć Higsovog bozona“, pojašnjava Rošan.

„Ta temperatura djeluje kao prekidač koji određuje kako se stvarala neravnoteža između materije i antimaterije.“

### Kako je nastala prevlast materije

Zbog izuzetno slabe veze s „mehanizmom klackalice“, ovaj sterilni neutrino raspadao se znatno sporije od svoja dva „brata“, koji su se mnogo brže raspali u leptone poput elektrona. Važno je da su ti raspadi stvorili tek neznatno više čestica materije nego antičestica.

Time što se zadržao duže, odvojeni sterilni neutrino privremeno je poremetio energetsku ravnotežu ranog svemira. Usmjerio ga je prema stanju u kojem dominira materija, što je uticalo na temperaturu i širenje svemira sve dok se i on nije potpuno raspao.

Tako su preostale čestice materije mogle da prežive i na kraju stvore galaksije i sve što danas vidimo. U toj mješavini materije i energije svemira koji se hladio, proces nazvan „sfaleron“ pretvorio je dio viška leptona u odgovarajući višak kvarkova, koji su se zatim grupisali u protone i neutrone.

Potraga za dokazima u odjecima Velikog praska

Budući da ovaj naučni rad izračunava masu najlakšeg neutrina, postavljen je tako da se može provjeriti. Mjerenje te mase u eksperimentima moglo bi da potvrdi ili opovrgne postojanje sterilnih neutrina u dalekoj prošlosti.

„Sve u svemu, ovo istraživanje nudi nam novo objašnjenje za to kako je materija pobijedila“, kaže Šou.

„Dramatična promjena u ranom širenju svemira ostavlja jasne, ali mjerljive tragove, na primjer na primordijalnim gravitacionim talasima.“

To znači da bi se uticaj davno nestalog sterilnog neutrina mogao otkriti u naborima prostor-vremena koji se šire još od samih početaka. Osluškivanje tih prastarih signala izuzetno je složeno i zahtijeva opservatorije nove generacije poput LISA-e (LISA).

Taj projekat sastoji se od tri letjelice udaljene 2,5 miliona kilometara jedna od druge, koje će u formaciji ogromnog trougla pratiti Zemlju u njenoj orbiti.

„Ti tragovi u gravitacionim talasima otvaraju nam nove puteve za razumijevanje evolucije ranog svemira nakon Velikog praska“, zaključuje Šou.

(Indeks)