Un nou studiu sugerează că, imediat după Big Bang, universul ar fi putut fi dominat de o „particulă fantomă” ipotetică, pe care fizicienii o trec adesea cu vederea. Particula ar fi schimbat felul în care s-a extins cosmosul în primele lui momente și ar fi remodelat condițiile în care materia a învins antimateria. Altfel spus, ar putea explica de ce există ceva.
Este vorba de un neutrin „dreptaci”, care ar fi putut avea, pentru scurt timp, mai multă energie decât toate celelalte componente ale universului în formare, luate la un loc. Asta ar fi accelerat expansiunea cosmică și ar fi întârziat interacțiuni-cheie dintre particule. Studiul a fost publicat pe 8 septembrie 2026 în revista Physical Review Letters.
Neutrinii sunt particule fantomatice, care interacționează atât de rar cu orice altceva încât un neutrin tipic venit de la Soare ar putea străbate o placă de plumb groasă de un an-lumină, adică aproximativ 9.500 de miliarde de kilometri, înainte să lovească un singur atom.
Există trei tipuri de neutrini, numite „arome”, iar în timp ce călătoresc, aceste particule trec de la o aromă la alta. Trecerea se bazează pe un efect cuantic subtil, care funcționează doar dacă neutrinii au masă. Numai că Modelul Standard al fizicii particulelor prezice că aceștia nu ar trebui să aibă masă.
O soluție populară pornește de la neutrinii „dreptaci”. Particulele se învârt oarecum ca niște titireze minuscule, iar fizicienii le numesc stângace sau dreptace după sensul rotației față de direcția în care se deplasează. O particulă dreptace se rotește asemenea unui șurub obișnuit atunci când este strâns: privită din spate, în timp ce se îndepărtează, se învârte în sensul acelor de ceasornic. Toți neutrinii detectați până acum sunt stângaci și, priviți la fel, se rotesc în sens opus acelor de ceasornic, ca un șurub cu filet invers.
„Neutrinii dreptaci sunt particule ipotetice care nu sunt afectate de forța nucleară slabă, spre deosebire de corespondenții lor stângaci, care fac parte din Modelul Standard. Nu au sarcină electrică și sunt mult mai grei”, a declarat Rishav Roshan, fizician teoretician la Universitatea din Southampton (Marea Britanie) și coautor al studiului.
„Neutrinii dreptaci s-ar putea amesteca cu cei stângaci, ceea ce ar contribui la explicarea masei acestora din urmă”, a spus Roshan. Potrivit lui, același amestec ar ajuta să se înțeleagă și de ce neutrinii își schimbă aroma.
Partenerul greu care le-ar da masă neutrinilor
În fizica cuantică, particulele care se amestecă pot fi simultan o combinație a celor două identități. Într-un cadru teoretic numit mecanismul balansoarului (în engleză, „seesaw”), fiecare neutrin obișnuit poartă o urmă slabă a unui partener dreptaci greu, iar această urmă îi dă o masă infimă. Cu cât partenerul este mai masiv, cu atât urma este mai slabă, iar neutrinul obișnuit, mai ușor. De aici și numele, inspirat de balansoarul din parc: când un capăt urcă, celălalt coboară.
Neutrinii dreptaci ar putea rezolva și alte enigme. Aceștia „sunt meniți să abordeze mai multe probleme, printre care originea maselor neutrinilor, asimetria dintre materia și antimateria universului și natura materiei întunecate”, a spus Roshan.
Big Bang-ul ar fi trebuit să producă materie și antimaterie în cantități egale, care s-ar fi anihilat reciproc, iar universul pe care îl cunoaștem n-ar fi luat niciodată naștere. Neutrinii dreptaci au un rol esențial în modelele potrivit cărora „dezechilibrul observat dintre materie și antimaterie a rezultat din procese în care au fost implicați acești neutrini, în Universul timpuriu”, a spus Roshan. În acest scenariu, a explicat el, dezintegrarea neutrinilor grei a lăsat în urmă un mic exces de leptoni (familia de particule din care fac parte electronii), iar acest exces a devenit mai târziu surplusul de materie de azi.
Mecanismul balansoarului include de obicei trei neutrini dreptaci. Pentru că doi sunt suficienți ca să explice datele, fizicienii îl ignoră adesea pe al treilea, presupunând că e prea greu sau că interacționează prea slab cu materia.
Cel mai greu neutrin ar fi preluat controlul
În noul studiu, Roshan și Sudipta Show, fizician la Institutul Indian de Tehnologie din Kanpur, au analizat ce ar fi făcut această particulă neglijată după Big Bang. În exemplul principal al echipei, particula era de aproximativ 100.000 de miliarde de ori mai grea decât un proton.
Potrivit calculelor echipei, la început particula se deplasa cu o viteză apropiată de cea a luminii, așa că energia ei scădea la fel ca a luminii, care se răspândește și se întinde, odată cu expansiunea spațiului, spre lungimi de undă mai mari și mai slabe. Pe măsură ce cosmosul se răcea, însă, particula încetinea, iar cea mai mare parte a energiei ei rămânea închisă în masă. O asemenea energie doar se răspândește, fără să se întindă ca lumina, așa că ponderea particulei în energia cosmosului creștea până ajungea să domine. Având o durată de viață îndelungată, particula continua să domine energetic cosmosul până când se dezintegra în alte particule.
Studiul arată că neutrinul dreptaci neglijat până acum „influențează semnificativ dinamica expansiunii universului timpuriu și duce la o perioadă de dominare timpurie a materiei”, a spus Roshan. Materia care domină această etapă este chiar neutrinul greu, odată încetinit, și nu materia obișnuită care avea să supraviețuiască anihilării cu antimateria. Schimbarea „afectează diverse interacțiuni ale Modelului Standard”, interacțiuni care ar putea ajuta la explicarea asimetriei dintre materie și antimaterie, a adăugat Roshan.
În acest scenariu, fiecare dintre interacțiuni devenea eficientă abia atunci când ajungea să se producă mai repede decât se extindea spațiul. Cum un univers dominat de neutrinul greu se dilata mai rapid, interacțiunile trebuiau să aștepte o răcire și mai avansată. Tot ele îi permiteau universului timpuriu să deosebească aromele leptonilor, iar deosebirea conta pentru felul în care se forma surplusul de materie.
Amprenta din undele gravitaționale: cum ar putea fi testată ipoteza
Datorită acestei întârzieri, a constatat echipa, un neutrin dreptaci mai ușor, de aproximativ 100 de miliarde de ori mai greu decât un proton, ar fi putut produce cantitatea de materie observată înainte ca aromele să poată fi deosebite, chiar și după ce dezintegrarea neutrinului greu ar fi diluat o parte din această materie.
Particula pe care modelele o lasă de obicei deoparte ar fi contat, așadar, prin decalajul pe care l-ar fi produs. Grăbind expansiunea, ar fi amânat momentul în care universul a început să deosebească tipurile de leptoni, iar până atunci neutrinul mai ușor ar fi apucat să producă surplusul de materie care a supraviețuit antimateriei.
Scenariul e dificil de pus la încercare, dar nu imposibil. Neutrinul greu e mult prea masiv ca să poată fi creat în vreun accelerator de particule, așa că orice test trebuie să fie indirect.
Undele gravitaționale, unduiri ale spațiu-timpului, oferă o astfel de cale. O eră dominată de neutrinul greu ar fi lăsat o urmă revelatoare în fundalul de unde gravitaționale din Universul timpuriu, cum sunt cele produse de „corzile cosmice” – defecte ipotetice ale spațiului, asemănătoare unor fire. Potrivit lui Roshan, rezultatele pot fi verificate cu viitoare instalații precum Laser Interferometer Space Antenna (LISA) și Square Kilometre Array Observatory (SKAO).
LISA, o misiune spațială a Agenției Spațiale Europene, e programată să fie lansată în jurul anului 2035. SKAO, un proiect de radiotelescop gigant aflat în construcție în Australia și în Africa de Sud, ar putea detecta astfel de unde prin cronometrarea pulsarilor îndepărtați. Testele ar putea fi făcute „pe măsură ce aceste instalații vor deveni operaționale și vor începe să adune date”, a spus Roshan.
Un zumzet slab, venit din plasma primordială fierbinte, ar purta și el amprenta acelei epoci, dar la frecvențe pe care detectoarele de azi nu le pot capta.
Ce s-a mai descoperit în Univers?
Un microorganism care se hrănește cu praf marțian, supraviețuiește în spațiu și poate produce oxigen pentru colonii
3 găuri negre gigantice au fost descoperite într-o galaxie din zorii timpului
Astronomii pun cele mai puternice erupții ale unei stele pe seama unui motor magnetic neașteptat
Două găuri negre uriașe s-ar putea ciocni în doar 100 de ani. Cum au stabilit cercetătorii acest lucru
