Зашто се наш универзум врти више материје од његове бизарне антиматерије - и зашто уопште постојимо - једна је од најнезаборавнијих загонетки савремене физике.
Некако, када је свемир био невероватно млад, готово сва антиматерија је нестала, остављајући само нормалне ствари. Теоретичари су одавно стали на увек неухватљиво објашњење - и што је још важније, начин да се то објашњење експериментира.
Сада је трио теоретичара предложио да трио честица званих Хиггсови бозони може бити одговоран за мистериозни нестајући чин антиматерије у универзуму. И мисле да знају како пронаћи осумњичене кривце.
Случај нестале антиматерије
У скоро свакој интеракцији између субатомских честица антиматерија (која је идентична нормалној материји, али са супротним набојем) и нормална материја производе се у једнакој мери. Чини се да је то основна симетрија универзума. Па ипак, кад изађемо и погледамо тај исти свемир, уопште не видимо антиматерију. Колико физичари могу да утврде, за сваку честицу антиматерије која још виси око себе постоји око милијарду честица нормалне материје, широм света.
Ову мистерију воде многа имена, попут проблема асиметрије материје и проблема асиметрије бариона; без обзира на име, физичари су газили. До сада, нико није успео да пружи кохерентно, доследно објашњење за доминацију материје над антиматеријом, а пошто је физичарима посао да објасне како природа делује, она постаје иритантна.
Међутим, природа је оставила трагове око нас да се загонетимо. На пример, не постоје докази за пуно антиматерије у такозваној космичкој микроталасној позадини - топлота преостала од Великог праска, рођења свемира. То сугерише да се капар догодио у врло раном свемиру. А рани свемир је био прилично лудо место, са свим врстама компликоване, слабо разумљиве физике. Ако ће се материја и антиматерија раздвојити, право је време за то.
Кривите Хигса
У ствари, најбоље време за нестајање антиматерије је током кратке, али бурне епохе у нашем универзуму, када су се силе природе раздвојиле док се космос хладио.
При високој енергији (попут оне унутар судара честица), електромагнетна сила и слаба нуклеарна сила комбинују своје моћи да формирају нову силу: електро-слабљење. Након што се ствари охладе и врате у нормалне свакодневне енергије, међутим, електро-слабост се одваја у две познате силе.
При још већим енергијама, попут оних које налазимо у првим тренуцима Великог праска, мислимо да се јака нуклеарна сила стапа са електро слабом, а при још вишим енергијама, гравитација спаја странку у јединствену јединствену силу. Али још увек нисмо баш схватили како гравитација улази у игру још.
Хигсов бозон, за који је предложено да постоји шездесетих година прошлог века, али није откривен до 2012. године у оквиру Великог хадронског сударача, делује на одвајању електромагнетне силе од слабе нуклеарне силе. Физичари су прилично сигурни да се раздвајање материје-антиматерије догодило пре него што су све четири природе природе постале на месту као сопствени ентитети; то је зато што имамо прилично јасно разумевање физике универзума након поделе, а додавање превише антиматерије у каснијим епохама крши запажања о космичкој микроталасној позадини).
Као такав, можда Хиггсов бозон игра улогу.
Али Хиггс сам по себи то не може да пресече; не постоји познати механизам који користи само Хиггса да изазове неравнотежу између материје и антиматерије.
Срећом, прича о Хигсу можда није готова. Физичари су пронашли један Хиггсов бозон у експериментима са сударом, масе од око 125 милијарди електрона волти, или ГеВ - за референцу, протон тежи око 1 ГеВ.
Испада да Хиггс можда није сам.
Сасвим је могуће да око њих лебди више Хигсових бозона који су масивнији од онога што тренутно можемо да откријемо у својим експериментима. У данашње време, они хефтијски Хиггови, ако постоје, не би много радили, не учествујући заиста ни у једној физици којој бисмо могли да приступимо са нашим сударом - Једноставно немамо довољно енергије да их „активирамо“. Али у раним данима свемира, када су енергије биле много, много веће, други Хиггови су могли бити активирани, а ти Хиггови су можда изазвали неравнотежу у одређеним интеракцијама основних честица, што је довело до модерне асиметрије између материје и антиматерије.
Решавање мистерије
У недавном раду објављеном на мрежи у часопису о претпринтају арКсив, три физичара предложила су занимљиво потенцијално решење: Можда су три Хигсова бозона (названа "Хигсова тројка") играла игру врућег кромпира у раном свемиру, стварајући поплаву нормалне материје . Када материја додирне антиматерију - Пооф - њих двоје нестају и нестају.
И тако би већина тог тока материје уништила антиматерију, испливајући готово у потпуности из поплаве радијације. У овом би сценарију остало довољно нормалне материје која би водила у данашњи универзум који знамо и волимо.
Да би ово постигли, теоретичари предлажу да трио садржи једну познату Хиггсову честицу и две новорођенче, при чему сваки од тих дуета има масу од око 1.000 ГеВ. Овај број је чисто произвољан, али је посебно изабран да би се овај хипотетички Хиггс потенцијално открио код нове генерације сударача честица. Нема сврхе која предвиђа постојање честице која се никада не може открити.
Физичари тада имају изазов. Који год механизам изазове, асиметрија мора материји давати предност у односу на антиматерију од фактора од милијарду до један. И, он има врло кратак временски период у раном свемиру да учини своје; Једном када се снаге раздвоје, игра се завршава, а физика је, како знамо, закључана. А овај механизам, укључујући два нова Хигса, мора бити тестиран.
Кратки одговор: Они су били у стању да то ураде. То је разумљиво врло компликован процес, али свеобухватна (и теоријска) прича иде овако: Два нова Хигсова пропадају у туше честица мало другачијим брзинама и са мало другачијим склоностима материје према антиматерији. Те се разлике временом појачавају, а када се сила слабе електроелектране повећа, постоји довољно разлика у популацији честица материје-антиматерије која је „уграђена“ у свемир да нормална материја превладава над антиматеријом.
Наравно, ово решава проблем асиметрије баријене, али само одмах доводи до питања шта природа ради са толико Хиггсових бозона. Али учинићемо ствари корак по корак.
