W 2012 r. w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) dokonano spektakularnego odkrycia. Należący do CERN akcelerator cząstek po raz pierwszy wykrył bozon Higgsa – cząstkę, której fizycy poszukiwali od dziesięcioleci. Bozon Higgsa tworzy tzw. pole Higgsa, które nadaje innym cząstkom masę i oddziela słabe siły jądrowe od sił elektromagnetycznych.
Ale z odkrytym bozonem Higgsa nie wszystko było jak należy. Masa wykrytej cząstki wynosiła 125 GeV (gigaelektronowoltów), czyli była o rząd wielkości mniejsza niż naukowcy przewidywali. Fizycy łapali się za głowy i zastanawiali: dlaczego “boska cząstka” ma tak małą masę? Innym problemem zauważonym przez uczonych było to, że oddziaływania silne nie zachowywały się tak, jak przewidywał Model Standardowy. Pojawił się problem braku symetrii – zaczęto się więc zastanawiać: dlaczego tak się dzieje?
Czytaj też: Bozon Higgsa – i co dalej?
Raffaele Tito D’Agnolo z francuskiej Komisji Energii Alternatywnej i Energii Atomowej (CEA) oraz Daniele Teresi z CERN zasugerowali, że oba problemy mogą być ze sobą powiązane. Nowa teoria została opisana w Physical Review Letters.
Bozon Higgsa, ciemna materia i cały ten kram
Fizycy powołali się na ideę multiwersum, powiązaną z teorią inflacji, która mówi, że w pierwszych momentach Wielkiego Wybuchu, Wszechświat, w którym żyjemy przeszedł okres intensywnej ekspansji – podwajał swoje rozmiary co miliardową część sekundy. Nie ma pewności, co napędzało inflację ani jak ona dokładnie wyglądała, ale jednym z efektów jej działania jest to, że nasz wszechświat nigdy nie przestał rosnąć. Ów nasz wszechświat jest tylko małym skrawkiem znacznie większego kosmosu, który składa się z wielu wszechświatów – wspomnianego już multiwersum.
D’Agnolo i Teresi zasugerowali, że w różnych regionach multiwersum mogą obowiązywać różne wartości masy bozonu Higgsa. Zaproponowali, że wszechświaty, w których bozon Higgsa ma dużą masę ulegają katastrofalnej zapaści, zanim zdążą się powiększyć (przejść stadium inflacji). Tylko uniwersa, w których bozon Higgsa ma małą masę, przeżywają i zachowują stabilne tempo ekspansji. W ten sposób powstają galaktyki, gwiazdy, planety i organizmy żywe.
Ale aby multiwersum z bozonami Higgsa o różnej masie było akceptowalne matematycznie, uczeni musieli wprowadzić do równania dwie dodatkowe cząstki będące składowymi Modelu Standardowego. Oddziaływania tych cząstek wyznaczają masę Higgsa w różnych regionach multiwersum. Hipotetyczne cząstki, o których mowa, wpływałyby na oddziaływania silne, prowadząc do symetrii ładunku i parzystości, która obowiązuje w przyrodzie. Działałyby one podobnie do aksjonów.
Czytaj też: Bozon Higgsa żyje bardzo krótko. Najdokładniejsze pomiary w historii
O szczegółach zaproponowanych cząstek wiadomo niewiele. Fizycy spekulują, że wcale nie musiały one ograniczać się do wczesnego Wszechświata – być może da się je wykryć także dziś. Nie wiadomo jednak, czy ich masy są wystarczająco duże, by dało się je wykryć w istniejących akceleratorach cząstek (jak LHC). Niektórzy spekulują, że przynajmniej jedna z tych cząstek ma związek z ciemną materią, która stanowi ponad 85% całej materii we Wszechświecie.
Nowo zaproponowany model wciąż wymaga przetestowania. Gdyby jednak faktycznie udało się powiązać bozon Higgsa z ciemną materią, byłoby to jedno z największych odkryć w historii.
