[Перевод] Как мельчайшие частицы во Вселенной спасли нас от полного уничтожения
Инфляция растянула первоначальную микроскопическую Вселенную до макроскопических размеров и превратила космическую энергию в материю. Однако, вероятно, создалось равное количество материи и антиматерии, предсказывая полное уничтожение нашей Вселенной. Ученые обсуждают возможность того, что фазовый переход после инфляции привел к крошечному дисбалансу между количеством материи и антиматерии, так что некоторая материя могла пережить почти полное уничтожение. Такой фазовый переход, вероятно, привел к образованию «резинообразных» объектов, называемых космическими струнами, которые будут порождать рябь пространства-времени, известную как гравитационные волны. Эти распространяющиеся волны могут пройти через горячую и плотную Вселенную и достичь нас сегодня, через 13,8 миллиарда лет после фазового перехода. Такие гравитационные волны, скорее всего, могут быть обнаружены в ходе текущих и будущих экспериментов.
Недавно обнаруженные пульсации пространства-времени, называемые гравитационными волнами, могут содержать доказательства, подтверждающие теорию о том, что жизнь возможна после Большого Взрыва из-за фазового перехода, который позволил частицам нейтрино перетасовать материю и антиматерию.
Как мы спаслись от полного уничтожения — это не вопрос в научной фантастике или голливудском фильме. Согласно теории Большого Взрыва современной космологии, материя была создана с равным количеством антиматерии. Если бы было так, то материя и антиматерия в конечном счете встретились бы и взаимоуничтожились.
Но наше существование противоречит этой теории. Чтобы преодолеть полное уничтожение, Вселенная должна была превратить небольшое количество антиматерии в материю, создавая дисбаланс между ними. Необходимый дисбаланс — лишь часть из миллиарда. Но когда и как был создан дисбаланс, так и осталось полной загадкой.
«Вселенная становится непрозрачной для света, как только мы оглядываемся назад примерно на миллион лет после ее рождения. Отсюда возникает фундаментальный вопрос: «Почему мы здесь?» — трудно ответить», — говорит соавтор статьи Джефф Дрор, аспирант Калифорнийского университета в Беркли и исследователь физики в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.
Поскольку материя и антиматерия имеют противоположные электрические заряды, они не могут превращаться друг в друга, если они не являются электрически нейтральными. Нейтрино — единственные известные нам частицы электрической нейтральной материи, и они являются сильнейшими претендентами на эту работу. Теория, которую поддерживают многие исследователи, состоит в том, что Вселенная прошла через фазовый переход, так что нейтрино могли перетасовать материю и антиматерию.
«Фазовый переход подобен превращению кипящей воды в пар или охлажденной воды в лед. Поведение вещества изменяется при определенных температурах, называемых критическими. Когда определенный металл охлаждается до низкой температуры, он полностью теряет электрическое сопротивление за счет фазового перехода, превращаясь в сверхпроводник. Это основа магнитно-резонансной томографии (МРТ) для диагностики рака или маглев-технологии, которая позволяет поезду двигаться со скоростью 300 миль в час, не вызывая головокружения. Как и сверхпроводник, фазовый переход в ранней Вселенной, возможно, создал очень тонкую трубку магнитных полей, называемых космическими струнами», — объясняет соавтор статьи Хитоси Мураяма.
Дрор и Мураяма являются частью команды исследователей из Японии, США и Канады, которые считают, что космические струны пытаются упростить себя, приводя к крошечным колебаниям пространства-времени, называемым гравитационными волнами. Они могут быть обнаружены будущими космическими обсерваториями, такими как LISA, BBO (Европейское космическое агентство) или DECIGO (Японское агентство Астронавтических исследований) для почти всех возможных критических температур.
«Недавнее открытие гравитационных волн открывает новую возможность заглянуть в прошлое, поскольку Вселенная прозрачна для гравитации вплоть до самого начала. Когда Вселенная, возможно, была в триллион-квадриллион раз горячее, чем самое горячее место во Вселенной сегодня, нейтрино, вероятно, вели себя именно так, как нам нужно, чтобы обеспечить наше выживание. Мы продемонстрировали, что они, вероятно, также оставили позади себя фон обнаруживаемых гравитационных волн, чтобы дать нам знать», — говорит соавтор статьи Грэм Уайт, аспирант TRIUMF.
«Гравитационная волна от космических струн имеет спектр, очень отличный от астрофизических источников, таких как слияние черных дыр. Вполне вероятно, что мы будем полностью убеждены в том, что источником действительно являются космические струны», — говорит Кадзунори Кохри, доцент Центра теории организации исследований ускорителей высоких энергий в Японии.
«Было бы очень интересно узнать, почему мы вообще существуем», — говорит Мураяма. — Это самый главный вопрос в науке.»
Больше статей читайте на моём Телеграм-канале Quant (@proquantum)
Канал, посвящённый физике, квантовой механике и астрофизике.
Подписывайтесь и расширяйте свои знания!
