Ускорители частиц вроде Большого адронного коллайдера ЦЕРНа, создают очень тяжелые субатомные элементарные частицы для объяснения загадок Вселенной. Но для ответа на многие вопросы физики, например, для объяснения темной материи и происхождения материи, требуются намного более высокие энергии, чем у коллайдеров, созданных руками человека. Оказывается, помочь ученым может космос.

Авторы исследования полагают, что расширение Вселенной обеспечило высокоэнергетическую среду, пригодную для создания тяжелых частиц и их взаимодействий. Эта расширяющаяся Вселенная вела себя в точности как космологический коллайдер, за тем исключением, что его энергия была в 10 млрд раз больше, чем у любого ускорителя частиц, созданного человеком, пишет Science Daily.

Микроскопические структуры, созданные в ходе расширения Вселенной, растягивались, что привело к образованию областей различной плотности в гомогенной в целом Вселенной. Постепенно эти структуры распространились по Вселенной, став современными галактиками. Изучение результатов работы космологического коллайдера — например, галактик или реликтового излучения — может открыть путь к новой физике субатомных частиц.

«Тот факт, что в современной Вселенной господствует материя, остается самой сложной, неразрешимой загадкой современной физики, — сказала Цуй Яноу из Калифорнийского университета в Риверсдейле. — Необходим легкий дисбаланс или асимметрия между материй и антиматерией в ранней Вселенной, чтобы достичь нынешнего господства материи, но его невозможно объяснить в рамках известной фундаментальной физики».

Если бы количество материи и антиматерии в ранней Вселенной было равным, частицы взаимно уничтожили бы друг друга. Но раз этого не произошло, можно предположить наличие дисбаланса. Профессор Цуй и ее коллеги предлагают изучать так называемый лептогенез — механизм, объясняющий происхождение барионной асимметрии.

Однако долгое время считалось, что проверить гипотезу лептогенеза почти невозможно из-за свойств правостороннего нейтрино — важного элемента этой гипотезы — и ограничений Большого адронного коллайдера.

В новой статье физики предлагают исследовать лептогенез, проанализировав статистические свойства пространственного распределения объектов в наблюдаемой сегодня космической структуре, возникшей в процессе трансформации микроскопических структур по мере расширения Вселенной. Этот эффект космологического коллайдера и является, по мнению ученых, причиной появления сверхтяжелых правосторонних нейтрино в эпоху расширения.

«В частности, мы показали, что существенные условия для асимметрической генерации, включая взаимодействия и массы правосторонних нейтрино, ключевых игроков, могут оставлять значимый след в статистике пространственного распределения галактик или реликтового излучения и могут быть с точностью измерены, — сказала Цуй. — Астрофизические наблюдения, предпринятые в ближайшие годы, могли бы обнаружить такие сигналы и раскрыть космическое происхождение материи».

Эксперимент, проведенный физиками из коллаборации BASE при ЦЕРН, показал, что вещество и антивещество реагируют на воздействие гравитации до определенной степени одинаково. Однако если другие команды физиков получат результаты, которые отличаются от измерений этой группы, это может привести к появлению совершенно новой физики.