Fale grawitacyjne emitowane przez kule Q?

Gdzie zniknęła antymateria? Astronomowie odkrywają jedną z największych tajemnic Wszechświata

Naukowcy odkryli, że możliwa jest detekcja kul Q w falach grawitacyjnych, a to z kolei pozwoliłoby odpowiedzieć na pytanie, dlaczego po Wielkim Wybuchu zostało więcej materii niż antymaterii – chociaż powinno być ich po równo.

W 1928 r. Paul Dirac zaproponował istnienie antymaterii. Teoria przewiduje, że dla każdego rodzaju cząstki, istnieje jej antycząstka o takiej samej masie, spinie i wartości bezwzględnej, ale przeciwnym znaku wszystkich addytywnych liczb kwantowych. Skoro każdej cząstce odpowiada antycząstka, to podczas Wielkiego Wybuchu powinny powstać te same ilości materii i antymaterii. Tak jednak nie jest.

Dzięki asymetrii między materią a antymaterią istniejemy. Jest ona tak mała, że na każde dziesięć miliardów cząstek antymaterii, powstała tylko jednak dodatkowa cząstka materii klasycznej (zwanej barionową). Pomimo że deficyt jest tak niewielki, to fizycy nie potrafią go wyjaśnić.

Czytaj też: Mezon D może balansować między materią a antymaterią

Większość astronomów uważa, że asymetria między materią a antymaterią wytworzyła się tuż po inflacji, czyli wczesnym okresie Wszechświata, w którym nastąpiła jego bardzo szybka ekspansja. Bezpośrednia weryfikacja tej teorii jest trudna, nawet przy użyciu najpotężniejszych akceleratorów cząstek na świecie, gdyż rzędy energii, o których mówimy są znacznie poza możliwymi wartościami do osiągnięcia. To miliardy, a nawet biliony razy więcej niż wszystko, co człowiek kiedykolwiek wyprodukował na Ziemi.

Kule Q i fale grawitacyjne

Zespół naukowców z Japonii i USA, w tym Graham White z Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe i Alexander Kusenko z UCLA, znalazł sposób na przetestowanie teorii asymetrii między materią a antymaterią wykorzystując tzw. kule Q. Ich natura jest trudna do wyjaśnienia.

Bozon Higgsa istnieje, gdy pole Higgsa jest wzbudzone. Ale pole Higgsa może zachowywać się w inny sposób, na przykład tworzyć bryły. Jeśli mamy pole, które jest bardzo podobne do pola Higgsa, ale ma jakiś ładunek – nie elektryczny, ale jakiś ładunek – wtedy jedna bryła ma ładunek jak jedna cząstka. Ponieważ ładunek nie może po prostu zniknąć, pole musi zdecydować, czy chce być w cząstkach czy w bryłach. Jeśli niższa jest energia bycia w bryłach niż w cząstkach, to pole tak właśnie zrobi. Grupa grudek zlepiających się razem stworzy kulę Q.Graham White

Kule Q istnieją tylko przez krótki czas. Rozpadają się nagle i szybko, a fluktuacje w plazmie przemieniają się w fale grawitacyjne. Warunki do tworzenia fal grawitacyjnych są powszechne we Wszechświecie – mogą być one wykrywane przy pomocy ziemskich detektorów.

Jeśli w ten sposób powstała asymetria, to jest niemal pewne, że wkrótce wykryjemy sygnał z początków Wszechświata potwierdzający tę teorię, dlaczego my i reszta materii w ogóle istniejemy.Graham White

Badania zostały opublikowane w Physical Review Letters.