Un neutrino ipotetic ar fi putut influența expansiunea Universului timpuriu
Un studiu publicat pe 8 septembrie în revista Physical Review Letters propune că un neutrino „de dreapta”, particulă ipotetică, ar fi putut domina pentru o perioadă Universul de după Big Bang. Potrivit cercetării realizate de Rishav Roshan și Sudipta Show, această etapă ar fi influențat expansiunea cosmică și procesele asociate surplusului de materie față de antimaterie.
Neutrinii și particula ipotetică
Neutrinii interacționează foarte rar cu materia. Un neutrino provenit de la Soare ar putea străbate un strat de plumb gros de un an-lumină — aproximativ 9.500 de miliarde de kilometri — înainte să interacționeze cu un singur atom.
Sunt cunoscute trei tipuri de neutrini, numite și „arome”. În timpul deplasării, aceste particule pot trece de la un tip la altul printr-un efect cuantic care presupune existența masei. Modelul Standard al fizicii particulelor, în forma sa inițială, prevedea însă că neutrinii nu au masă.
O posibilă explicație pentru această diferență este existența neutrinilor „de dreapta”. Particulele au o proprietate numită spin, descrisă uneori, simplificat, ca rotația unui titirez minuscul. Denumirile „de stânga” și „de dreapta” indică orientarea spinului în raport cu direcția de deplasare.
Într-o comparație simplificată, o particulă de dreapta se rotește ca un șurub obișnuit înfiletat, în sensul acelor de ceasornic, în timp ce se îndepărtează de observator. Neutrinii detectați până acum în interacțiunile slabe sunt de stânga, iar antineutrinii sunt de dreapta.
„Neutrinii de dreapta sunt particule ipotetice care nu sunt supuse interacțiunii nucleare slabe, spre deosebire de omologii lor de stânga, care fac parte din Modelul Standard”, a explicat pentru Live Science, prin e-mail, Rishav Roshan, coautor al studiului și fizician teoretician la Universitatea din Southampton, în Regatul Unit. „Aceștia nu au sarcină electrică și sunt mult mai grei.”
„Neutrinii de dreapta se pot amesteca cu neutrinii de stânga, contribuind la explicarea masei acestora din urmă”, precum și a modului în care trec de la o aromă la alta, a spus Roshan.
Legătura cu materia și antimateria
În fizica cuantică, particulele care se amestecă pot exista simultan ca o combinație a două identități. În mecanismul teoretic numit „seesaw” sau „balansoar”, fiecare neutrino obișnuit ar conține o componentă foarte mică asociată unui partener greu, de dreapta. Aceasta ar contribui la masa redusă a neutrino-ului obișnuit: cu cât partenerul este mai greu, cu atât neutrino-ul este mai ușor. Denumirea mecanismului face trimitere la capetele unui balansoar, care se mișcă în direcții opuse.
Neutrinii de dreapta sunt invocați pentru a explica „mai multe probleme, inclusiv originea maselor neutrinilor, asimetria dintre materie și antimaterie din Univers și natura materiei întunecate”, a spus Roshan.
Potrivit modelelor cosmologice, în Universul timpuriu ar fi putut exista cantități aproape egale de materie și antimaterie, care s-ar fi anihilat reciproc. Fără un mic dezechilibru în favoarea materiei, Universul așa cum îl cunoaștem nu s-ar fi putut forma.
Neutrinii de dreapta au un rol esențial în modelele potrivit cărora „dezechilibrul observat între materie și antimaterie a apărut în urma unor procese care au implicat acești neutrini în Universul timpuriu”, a explicat Roshan. În acest scenariu, dezintegrarea neutrinilor grei ar fi lăsat în urmă un mic surplus de leptoni, familia de particule din care fac parte și electronii, care ar fi dus ulterior la surplusul de materie existent astăzi, a precizat cercetătorul.
Mecanismul balansoar include, de regulă, trei neutrini de dreapta. Deoarece doi sunt suficienți pentru a explica datele disponibile, fizicienii îl ignoră adesea pe al treilea, presupunând că este prea greu sau că interacționează prea slab cu materia.
Rolul particulei în Universul timpuriu
În noul studiu, Rishav Roshan și Sudipta Show, fizician la Institutul Indian de Tehnologie din Kanpur, au analizat ce s-ar fi întâmplat după Big Bang cu această particulă neglijată. În principalul scenariu examinat de echipă, ea avea o masă de aproximativ 100.000 de miliarde de ori mai mare decât cea a unui proton.
La început, particula s-ar fi deplasat cu o viteză apropiată de cea a luminii, iar energia sa ar fi scăzut într-un mod asemănător cu energia luminii. Pe măsură ce spațiul se extinde, lumina se distribuie într-un volum mai mare, iar lungimile sale de undă se alungesc, ceea ce îi reduce energia.
Însă, pe măsură ce Universul se răcea, particula ar fi încetinit, iar cea mai mare parte a energiei sale ar fi rămas sub forma energiei asociate masei. Aceasta s-ar fi diluat doar prin distribuirea într-un volum tot mai mare. Prin urmare, ponderea particulei în energia totală a Universului ar fi crescut până când ar fi devenit dominantă. Potrivit calculelor echipei, particula, cu o durată mare de viață, ar fi continuat să domine până la dezintegrarea sa în alte particule.
Studiul arată că neutrino-ul de dreapta neglijat „influențează semnificativ dinamica expansiunii Universului timpuriu, determinând o perioadă timpurie de dominație a materiei”, a spus Roshan. Această schimbare „afectează diverse interacțiuni din Modelul Standard”, care ar putea contribui la explicarea asimetriei dintre materie și antimaterie, a adăugat el.
Fiecare dintre aceste interacțiuni ar fi devenit eficientă abia atunci când rata sa ar fi depășit rata expansiunii spațiului. Cum un Univers dominat de neutrino-ul greu s-ar fi extins mai repede, interacțiunile ar fi fost întârziate până când acesta s-ar fi răcit și mai mult.
Aceste interacțiuni ar fi permis diferențierea aromelor leptonilor în Universul timpuriu, influențând astfel formarea surplusului de materie. Echipa a constatat că, datorită întârzierii, un neutrino de dreapta mai ușor, cu o masă de aproximativ 100 de miliarde de ori mai mare decât cea a unui proton, ar fi putut produce cantitatea de materie observată înainte ca aromele să poată fi diferențiate. Acest lucru ar fi fost posibil chiar și după ce dezintegrarea neutrino-ului greu ar fi diluat o parte din surplus.
Posibile indicii în undele gravitaționale
Neutrino-ul greu are o masă mult prea mare pentru a putea fi creat într-un accelerator de particule, astfel că ipoteza poate fi testată doar indirect.
Undele gravitaționale, ondulații ale spațiu-timpului, oferă o astfel de posibilitate. O epocă dominată de neutrino-ul greu ar fi lăsat o modificare caracteristică în spectrul fondului de unde gravitaționale provenite din Universul timpuriu, precum cele generate de „corzile cosmice”, structuri ipotetice asemăn
Da, sigur, acum ne-am găsit și particula-fantomă care să ne explice totul! 😅 Iar noi în continuare stăm la coadă pentru o bucată de pâine, dar poate că Universul se extinde grație unui neutrino „de dreapta”! Așa e la noi….
Sincer acum, mă întreb ce mai ascunde povestea asta? 🤔 Prea e totul perfect ca să fie adevărat. Oare nu cumva s-au gândit la un nou mod de a ne ține cu ochii pe cer în loc să rezolve problemele din viața de zi cu zi?