Opdagelsen kaster lys over det store mysterium om, hvorfor universet har mindre antistof end stof

Forskere har længe været forundret over, at universet ser ud til at bestå næsten udelukkende af stof. Dette puslespil er normalt angivet i form af en asymmetri:Med andre ord skal der være lige store mængder stof og antistof. Hvorfor de oprindelige kosmiske forhold havde en minimal afvigelse fra stof-antistof-symmetri til næsten udelukkende at producere stof, er et af de største mysterier i moderne videnskab. Nu kan forskere ved University of California, Berkeley og Yale University have fundet en delvis forklaring.

I et papir indsendt til tidsskriftet Physical Review Letters foreslår forskerne en ny mekanisme, der genererer lidt forskellige masser for protonen og antiprotonen, hvilket gjorde det muligt for universet at udvikle sig mod en tilstand, der indeholder meget mere stof end antistof.

"Mange modeller er blevet foreslået for at forklare dette mysterium, men problemet med langt de fleste af disse modeller er, at de kræver forhold i det tidlige univers, som ikke har nogen åbenlyse forklaringer," sagde Hitoshi Murayama, professor i fysik ved UC Berkeley. . "I vores arbejde fandt vi ud af, at en enkel og meget velmotiveret mekanisme naturligt opstår fra en bredt undersøgt og velkendt udvidelse af standardmodellen, kaldet Supersymmetri."

Ifølge Standard Model of Physics består alt stof af subatomære partikler kaldet kvarker og leptoner, og de kræfter, der virker mellem disse partikler, formidles af bosoner. Standardmodellen forudsiger også eksistensen af ​​antipartikler for hver af disse partikler, som har samme masse som deres tilsvarende partikler, men modsat elektrisk ladning.

I det tidlige univers menes det, at partikler og antipartikler blev skabt i lige store mængder. Men inden for en lille brøkdel af et sekund udslettede langt de fleste af disse partikler og antipartikler hinanden og efterlod et lille overskud af stof. Dette overskud af stof er det, der til sidst dannede de galakser og stjerner, som vi ser i universet i dag.

Forskerne fandt ud af, at den supersymmetriske version af standardmodellen naturligt fører til en lille forskel i massen mellem protonen og antiprotonen. Denne masseforskel er tilstrækkelig til at tillade universet at udvikle sig mod en tilstand, der indeholder meget mere stof end antistof.

I den supersymmetriske model antages det, at protonen og antiprotonen består af tre kvarker, hvoraf den ene er en tung "supersymmetrisk kvark", der er unik for den supersymmetriske model. Forskerne foreslår, at interaktionen mellem tunge kvarker og Higgs-partiklen kan generere masseforskellen mellem proton og antiproton.

"Den mekanisme, som vi foreslår, kræver kun en meget lille ændring af standardmodellen, hvilket er ret overbevisende fra et teoretisk synspunkt," sagde Murayama. "Vores næste skridt er at se, om vores forslag er i overensstemmelse med forskellige eksperimentelle data, såsom dem, der er opnået af LHC på CERN."

Hvis forskernes forslag er korrekt, kan det give en delvis forklaring på det store mysterium om, hvorfor universet har mindre antistof end stof. Det kunne også give indsigt i karakteren af ​​supersymmetri, en teori, der er blevet bredt undersøgt i fysik, men som endnu ikke er eksperimentelt bekræftet.