Nyt fund af partikelfysik kan hjælpe med at forklare fraværet af antimateriale

Ved hjælp af computersimuleringer, forskere i partikelfysik kan muligvis forklare, hvorfor der er mere stof end antimateriale i universet. Simuleringerne giver en ny måde at undersøge forholdene efter Big Bang, og kunne give svar på nogle grundlæggende spørgsmål inden for partikelfysik.

I standardmodellen for partikelfysik, der er næsten ingen forskel mellem stof og antimateriale. Men der er en overflod af beviser for, at vores observerbare univers kun består af stof - hvis der var noget antimateriale, det ville tilintetgøre med nærliggende stof at producere meget høj intensitet gammastråling, som ikke er blevet observeret. Derfor, at finde ud af, hvordan vi endte med en overflod af kun stof, er et af de største åbne spørgsmål inden for partikelfysik.

På grund af dette og andre huller i standardmodellen, fysikere overvejer teorier, der tilføjer et par ekstra partikler på måder, der hjælper med at løse problemet. En af disse modeller kaldes Two Higgs Doublet Model, hvilken, trods navnet, tilføjer faktisk fire ekstra partikler. Denne model kan fås til at stemme overens med alle partikelfysiske observationer, der er foretaget hidtil, herunder dem fra Large Hadron Collider på CERN, men det var uklart, om det også kunne løse problemet med ubalancen mellem materie-antimateriale. Forskningsgruppen, ledet af et universitet i Helsinki -team, satte sig for at løse problemet fra en anden vinkel. Deres resultater er nu blevet offentliggjort i et papir i Fysisk gennemgangsbreve .

Omkring ti picosekunder efter Big Bang - lige på det tidspunkt, hvor Higgs -bosonen tændte - var universet et varmt plasma af partikler.

"Teknikken med dimensionsreduktion lader os erstatte den teori, der beskriver dette varme plasma med en enklere kvanteteori med et sæt regler, som alle partiklerne skal følge", forklarer Dr. David Weir, den tilsvarende forfatter til artiklen.

"Det viser sig, at jo tungere, partikler, der bevæger sig langsommere, gør ikke så meget, når disse nye regler pålægges, så vi ender med en meget mindre kompliceret teori. "

Denne teori kan derefter studeres med computersimuleringer, som giver et klart billede af, hvad der skete. I særdeleshed, de kan fortælle os, hvor voldsomt ud af ligevægt universet var, da Higgs -bosonen tændte. Dette er vigtigt for at afgøre, om der var mulighed for at producere stof-antimateriale asymmetri på dette tidspunkt i universets historie ved hjælp af Two Higgs Doublet Model.

"Vores resultater viste, at det faktisk er muligt at forklare fraværet af antimateriale og forblive i overensstemmelse med eksisterende observationer", Dr. Weir bemærker. Vigtigere, ved at gøre brug af dimensionsreduktion, den nye tilgang var fuldstændig uafhængig af ethvert tidligere arbejde i denne model.

Hvis Higgs -bosonen tændte på en så voldsom måde, det ville have efterladt ekko. Da boblerne i den nye fase af universet kernede, meget gerne skyer, og udvidet, indtil universet var som en overskyet himmel, kollisionerne mellem boblerne ville have frembragt masser af gravitationsbølger. Forskere ved Universitetet i Helsinki og andre steder gør nu klar til at lede efter disse gravitationsbølger ved missioner som det europæiske LISA -projekt.