Физики предложили объяснение, почему после Большого взрыва во Вселенной сохранилось вещество. В центре гипотезы находится малоизученный тяжёлый нейтрино, который ранее считался слишком слабо связанным с другими частицами, чтобы заметно влиять на развитие космоса. Исследование провели специалисты Университета Саутгемптона и Индийского технологического института в Канпуре.
В ранней Вселенной вещество и антивещество, предположительно, возникли почти в одинаковых количествах. При встрече они уничтожают друг друга с выделением энергии, поэтому при полном равенстве их запасов не осталось бы материала для образования звёзд, планет и жизни. Небольшое превышение количества вещества над антивеществом стало причиной того, что часть материи сохранилась.
Учёные изучили так называемый «отсоединённый» тяжёлый нейтрино — гипотетического родственника обычного нейтрино, обладающего крайне малой массой и редко взаимодействующего с веществом. Расчёты показали, что необычно долгий срок жизни этой частицы мог иметь важное космологическое значение. Пока Вселенная остывала, нейтрино могло временно стать главным источником её плотности энергии.
«Этот отсоединённый тяжёлый нейтрино долгое время считался несущественной деталью физики частиц. Однако он распадается чрезвычайно медленно. По мере охлаждения космоса после Большого взрыва частица жила достаточно долго, чтобы временно взять под контроль плотность энергии Вселенной и запустить период доминирования вещества», — объяснил соавтор работы Ришав Рошан из Университета Саутгемптона. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters Американского физического общества.
По версии исследователей, тяжёлый нейтрино мог изменить температуру, при которой электроны и другие лептоны взаимодействовали с античастицами при участии бозона Хиггса. Эта температура определяла условия формирования асимметрии между веществом и антивеществом, фактически работая как переключатель. «Сам факт нашего существования доказывает, что между веществом и антивеществом возникла асимметрия», — отметил Рошан.
Гипотеза допускает проверку по древним гравитационным волнам — колебаниям пространства-времени, возникшим на ранних этапах космической истории. Соавтор исследования Судипта Шоу из Индийского технологического института в Канпуре считает, что временное господство тяжёлого нейтрино могло изменить расширение молодой Вселенной и оставить различимые следы в первичных гравитационных волнах. Пока предложенное объяснение остаётся теоретическим, однако такие сигналы могут помочь выяснить, повлияла ли эта частица на эволюцию космоса после Большого взрыва.