В Стандартной модели физики элементарных частиц почти нет разницы между материей и антиматерией. Но есть множество свидетельств того, что наша наблюдаемая Вселенная состоит только из материи - если бы антиматерия существовала, она аннигилировала бы с соседней материей, производя гамма-излучение очень высокой интенсивности, чего не наблюдалось. Таким образом, выяснение того, как мы получили изобилие только материи, является одним из самых больших открытых вопросов в физике элементарных частиц.
Из-за этого и других пробелов в Стандартной модели физики рассматривают теории, которые добавляют несколько дополнительных частиц таким образом, чтобы помочь решить проблему. Одна из этих моделей называется моделью двух дублетов Хиггса, которая, несмотря на название, фактически добавляет четыре дополнительные частицы. Эта модель может согласовываться со всеми наблюдениями физики элементарных частиц, сделанными до сих пор, в том числе с Большим адронным коллайдером в ЦЕРН, но было неясно, сможет ли она также решить проблему дисбаланса материи и антиматерии. Исследовательская группа, возглавляемая командой Хельсинкского университета, решила рассмотреть проблему под другим углом. Их результаты теперь опубликованы в статье в Physical Review Letters.
Примерно через десять пикосекунд после Большого Взрыва - как раз в то время, когда активировался бозон Хиггса - Вселенная представляла собой горячую плазму частиц.
«Техника уменьшения размеров позволяет нам заменить теорию, описывающую эту горячую плазму, более простой квантовой теорией с набором правил, которым должны следовать все частицы», - объясняет доктор Дэвид Вейр, соответствующий автор исследования. статья.
"Оказывается, что более тяжелые, более медленные частицы не имеют большого значения, когда вводятся эти новые правила, так что мы получаем гораздо менее сложную теорию."
Эта теория затем может быть изучена с помощью компьютерного моделирования, которое дает четкую картину того, что произошло. В частности, они могут сказать нам, насколько резко вышла из равновесия Вселенная, когда включился бозон Хиггса. Это важно для определения возможности создания асимметрии материи-антиматерии в этот период истории Вселенной с использованием модели двух дублетов Хиггса.
«Наши результаты показали, что действительно возможно объяснить отсутствие антивещества и остаться в согласии с существующими наблюдениями», - отмечает доктор Вейр. Важно отметить, что благодаря уменьшению размерности новый подход был полностью независим от какой-либо предыдущей работы над этой моделью.
Если бы бозон Хиггса включился таким бурным образом, он оставил бы эхо. По мере того как пузыри новой фазы Вселенной зарождались, подобно облакам, и расширялись до тех пор, пока Вселенная не стала похожа на затянутое облаками небо, столкновения между пузырьками должны были породить множество гравитационных волн. Исследователи из Хельсинкского университета и других стран сейчас готовятся искать эти гравитационные волны в таких миссиях, как европейский проект LISA..