به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از Science Alert، ذره‌ای مرموز که برای دهه‌ها نادیده گرفته شده بود، ممکن است کلید این معما باشد که چرا ماده از انفجار بزرگ جان سالم به در برده و به ستاره‌ها، سیارات و حیات اجازه می‌دهد وجود داشته باشند. دانشمندان بر این باورند که این نوترینوی فراموش شده کیهان اولیه را تغییر شکل داده است و ممکن است سیگنال‌های موج گرانشی قابل تشخیصی از خود به جای گذاشته باشد که می‌تواند به کشف عمیق‌ترین اسرار کیهان کمک کند.
دانشمندان توضیح جدید و شگفت‌انگیزی برای وجود جهان ارائه داده‌اند و این توضیح بر ذره‌ای مرموز متمرکز است که فیزیکدانان دهه‌ها آن را نادیده گرفته بودند. نظریه آنها نشان می‌دهد که این ذره فراموش‌شده ممکن است نقش مهمی در شکل‌دهی کیهان اولیه و امکان بقای ماده پس از بیگ بنگ داشته باشد.
این تحقیق به یکی از اساسی‌ترین اسرار فیزیک می‌پردازد: چرا جهان به جای هیچ چیز، حاوی ماده است؟ دانشمندان معتقدند که ماده و پادماده در جهان اولیه به مقدار تقریباً مساوی تولید شده‌اند. وقتی این دو متضاد با یکدیگر برخورد می‌کنند، یکدیگر را نابود کرده و انرژی آزاد می‌کنند. اگر آنها به مقدار کاملاً مساوی وجود داشتند، تقریباً تمام ماده می‌توانست ناپدید شود و هیچ ماده‌ای برای تشکیل ستاره‌ها، سیارات یا حیات باقی نمی‌ماند.
محققان دانشگاه «ساوت‌همپتون» و موسسه فناوری هند کانپور معتقدند که ممکن است قطعه مهمی از پازل را پیدا کرده باشند. توضیح آنها شامل یک خویشاوند کمتر شناخته‌شده از نوترینو است، ذره‌ای بسیار سبک که به ندرت با ماده معمولی تعامل دارد.
ذره‌ای فراموش‌شده با نقشی قدرتمند در جهان اولیه
این گروه از پژوهشگران روی نوعی ذره تمرکز کردند که به عنوان نوترینوی سنگین «جدا شده» شناخته می‌شود. برخلاف نوترینوهای معمولی، این نسبی فرضی سنگین‌تر عموماً به دلیل اتصال بسیار ضعیف به سایر ذرات، برای تأثیرگذاری قابل توجه بر جهان، بسیار ضعیف در نظر گرفته می‌شد.
با این حال، محققان دریافتند که طول عمر غیرمعمول طولانی آن می‌تواند آن را بسیار مهم‌تر از آنچه قبلاً تصور می‌شد، کرده باشد. طبق محاسبات آنها، این ذره ممکن است به اندازه کافی زنده مانده باشد تا به طور موقت بر چگالی انرژی جهان تسلط یابد، زیرا کیهان پس از بیگ بنگ سرد می‌شد.
آن دوره کوتاه تسلط می‌توانست نحوه تکامل جهان اولیه را تغییر دهد و بر شرایطی تأثیر بگذارد که در نهایت به ماده اجازه داد تا از ضدماده پیشی بگیرد.
دکتر «ریشاو روشن» از دانشگاه ساوت‌همپتون، نویسنده این مطالعه، توضیح داد: "این نوترینوی سنگین جدا شده مدت‌هاست که به عنوان یک جزئیات پس‌زمینه بی‌ربط در فیزیک ذرات کنار گذاشته شده است. با این حال، به طرز باورنکردنی آهسته واپاشی می‌کند. با سرد شدن کیهان پس از بیگ بنگ، این ذره به اندازه کافی زنده ماند که به طور موقت چگالی انرژی جهان را به دست گرفت و دوره‌ای از تسلط ماده را آغاز کرد."
چگونه یک نوترینوی سنگین می‌تواند توضیح دهد که چرا ماده زنده مانده است؟
تلاش‌های قبلی برای توضیح اینکه چرا ماده بر ضد ماده غلبه کرده است، عموماً نوترینوی سنگین جدا شده را کنار گذاشته بودند. از آنجا که این ذره با سایر ذرات به طور ضعیفی برهمکنش می‌کند، دانشمندان فرض می‌کردند که تأثیر کمی بر فرآیندهای مسئول ایجاد عدم تعادل خواهد داشت.
تحقیقات جدید این فرض را به چالش می‌کشد. این تیم دریافت که حتی یک ذره با برهمکنش‌های بسیار ضعیف می‌تواند به طور غیرمستقیم بر شرایطی تأثیر بگذارد که ماده در آن مزیت حیاتی خود را به دست آورد.
این عدم تعادل، که به عنوان عدم تقارن ماده و ضد ماده شناخته می‌شود، برای درک وجود ما ضروری است. به دلایلی که فیزیکدانان هنوز در تلاش برای توضیح آن هستند، جهان اولیه با ماده کمی بیشتر از ضد ماده به پایان رسید. این تفاوت کوچک به مقداری ماده اجازه داد تا پس از نابودی اکثر ذرات و ضد ذرات آنها، مقداری ماده باقی بماند.
این واقعیت که ما اینجا هستیم، ثابت می‌کند که عدم تقارن بین ماده و پادماده رخ داده است.
نوترینوی جدا شده، دما را در جهان اولیه تغییر داد؛ جایی که ذرات بنیادی مانند الکترون‌ها و سایر لپتون‌ها با کمک بوزون هیگز مدل استاندارد با پادذرات خود تعامل داشتند. این دما مانند کلیدی عمل می‌کند که نحوه ایجاد عدم تعادل ماده-پادماده را شکل می‌دهد.
بوزون هیگز یک ذره بنیادی مرتبط با مکانیسمی است که به بسیاری از ذرات بنیادی جرم می‌دهد. در سناریوی پیشنهادی محققان، نوترینوی سنگین شرایط دمایی حاکم بر تعاملات مهم ذرات شامل بوزون هیگز را تغییر داد.
با تغییر زمان وقوع این تعاملات، این ذره می‌توانسته بر نحوه ایجاد عدم تعادل بین ماده و پادماده تأثیر بگذارد. به عبارت دیگر، چیزی که مدت‌ها بی‌اهمیت تلقی می‌شد، ممکن است به تعیین اینکه چرا جهان اصلاً حاوی ماده است، کمک کرده باشد.
امواج گرانشی باستانی می‌توانند پاسخ را آشکار کنند
این نظریه همچنین می‌تواند پیامدهای مهمی برای درک چگونگی انبساط جهان در مراحل اولیه خود داشته باشد.
دکتر «سودیپتا شو»، محقق همکار این مطالعه از موسسه فناوری هند کانپور، گفت: "یافته‌ها نشان می‌دهد که ذره فراموش شده ممکن است تاریخچه انبساط کیهان جوان را به طرز چشمگیری تغییر داده باشد. این توضیح جدیدی برای چگونگی پیروزی ماده به ما ارائه می‌دهد. تغییر چشمگیر در انبساط اولیه کیهان، ردپاهای متمایز اما قابل تشخیصی از تغییرات، به عنوان مثال بر روی امواج گرانشی اولیه، بر جای می‌گذارد. این امضاهای امواج گرانشی، راه‌های جدیدی را برای ما باز می‌کنند تا تکامل جهان اولیه پس از بیگ بنگ را کشف کنیم."
امواج گرانشی، موج‌هایی در بافت فضا و زمان هستند. دانشمندان معتقدند که فرآیندهای جهان بسیار اولیه ممکن است امواج گرانشی اولیه‌ای را ایجاد کرده باشند که اطلاعاتی در مورد شرایط آن دوران دور را حمل می‌کنند.
طبق نظریه جدید، تسلط موقت نوترینوی سنگین می‌تواند امضاهای قابل تشخیصی را در آن سیگنال‌های باستانی به جا گذاشته باشد. تشخیص چنین الگوهایی در نهایت می‌تواند راهی برای بررسی این موضوع فراهم کند که آیا ذره پیشنهادی واقعاً بر تکامل اولیه جهان تأثیر گذاشته است یا خیر.
در حال حاضر، این توضیح همچنان در حد تئوری باقی مانده است. اما به فیزیکدانان امکان جدیدی برای حل یکی از عمیق‌ترین اسرار کیهان‌شناسی ارائه می‌دهد: اینکه چگونه ماده در حالی که برخورد آن با ضدماده می‌توانست جهان را تقریباً به طور کامل خالی کند، زنده مانده است.
نتایج این پژوهش در نشریه Physical Review Letters منتشر شد.