Evrenimiz neden tuhaf muadili antimaddeden daha fazla madde ile dönüyor - ve neden varız - modern fiziğin en şaşırtıcı bulmacalarından biridir.
Her nasılsa, evren inanılmaz derecede gençken, karşımadde neredeyse tamamen ortadan kayboldu ve sadece normal şeyleri bıraktı. Teorisyenler uzun zamandır açıklanamayan açıklamayı - ve daha önemlisi, bu açıklamayı deneylerle test etmenin bir yolunu - uzun süre takip ettiler.
Şimdi, bir teorisyen üçlüsü, Higgs bozonu adı verilen üç parçacığın evrendeki gizemli yok edici antimadde eyleminden sorumlu olabileceğini öne sürdü. Ve şüpheli suçluları nasıl bulacağını bildiklerini düşünüyorlar.
Kayma karşıtı madde olgusu
Atomaltı parçacıklar arasındaki hemen hemen her etkileşimde antimadde (normal maddeye özdeş fakat zıt yüklü) ve normal madde eşit ölçülerde üretilir. Evrenin temel bir simetrisi gibi görünüyor. Yine de, dışarı çıkıp aynı evrene baktığımızda, neredeyse hiç antimadde görmüyoruz. Fizikçilerin anlayabildiği kadarıyla, hala etrafta asılı olan antimaddelerin her bir parçacığı için, tüm kozmos genelinde yaklaşık bir milyar normal madde parçacığı vardır.
Bu gizem madde asimetri problemi ve baryon asimetri problemi gibi birçok isimle geçer; adı ne olursa olsun, fizikçiler güdük. Şu an itibariyle, hiç kimse maddenin antimadde üzerindeki baskınlığı için tutarlı, tutarlı bir açıklama yapamamıştır ve doğanın nasıl çalıştığını açıklamak fizikçilerin işi olduğundan, rahatsız edici olmaya başlar.
Bununla birlikte, doğa, bulmaca çözmemiz için etrafta bazı ipuçları bıraktı. Örneğin, kozmik mikrodalga arka planında çok sayıda antimadde için kanıt yok - evrenin doğumu olan Big Bang'den kalan ısı. Bu, kapariğin çok erken evrende meydana geldiğini gösteriyor. Ve erken evren oldukça çılgın bir yerdi, her türlü karmaşık, iyi anlaşılmayan fizik devam ediyordu. Madde ve antimadde bölünecekse, bunu yapmak için iyi bir zaman.
Higgs'i Suçla
Aslında, karşımaddenin ortadan kaybolması için en iyi zaman, evrenimizdeki kozmos soğudukça bölünerek doğa güçlerinin parçalandığı kısa ama çalkantılı dönemdir.
Yüksek enerjilerde (bir parçacık çarpıştırıcısının içindeki gibi), elektromanyetik kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet, yeni bir kuvvet oluşturmak için güçlerini birleştirir: elektrokeak. Her şey soğuduktan ve normal günlük enerjilere döndüğünde, elektrik devresi tanıdık iki kuvvete ayrılır.
Daha büyük enerjilerde, Büyük Patlama'nın ilk anlarında bulunanlar gibi, güçlü nükleer kuvvetin elektrik devresiyle birleştiğini ve daha yüksek enerjilerde yerçekimi partiyi tek bir birleşik bir güç haline getirdiğini düşünüyoruz. Ancak, çekimin henüz oyuna nasıl girdiğini tam olarak anlayamadık.
1960'larda var olması önerilen ancak Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda 2012 yılına kadar bulunmayan Higgs bozonu, elektromanyetik kuvveti zayıf nükleer kuvvetten ayırma işini yapıyor. Fizikçiler, madde karşımadde bölünmesinin, doğanın dört kuvvetinin tümü kendi varlıkları olarak yerine oturmadan önce gerçekleştiğinden oldukça emindir; çünkü bölünmüş evrenin fiziği hakkında oldukça net bir anlayışa sahibiz ve daha sonraki dönemlerde çok fazla antimadde eklemek kozmik mikrodalga arka planının gözlemlerini ihlal ediyor).
Bu nedenle, belki de Higgs bozonu bir rol oynar.
Ama Higgs kendi başına kesemez; madde ve antimadde arasında bir dengesizliğe neden olmak için sadece Higgs'i kullanan bilinen bir mekanizma yoktur.
Neyse ki Higgs'ın hikayesi bitmemiş olabilir. Fizikçiler, çarpışma deneylerinde, yaklaşık 125 milyar elektron volt kütlesi veya GeV ile tek bir Higgs bozonu buldular - referans için bir proton yaklaşık 1 GeV ağırlığında.
Görünüşe göre Higgs yalnız olmayabilir.
Etrafta yüzen ve şu anda deneylerimizde tespit edebileceğimizden daha büyük olan daha fazla Higgs bozonu olması tamamen mümkündür. Bugünlerde, daha hevesli Higgs, eğer varsa, çok fazla bir şey yapmazdı, çarpışanlarımızla erişebileceğimiz herhangi bir fiziğe gerçekten katılmazlardı - Onları "etkinleştirmek" için yeterli enerjimiz yok. Fakat evrenin ilk günlerinde, enerjiler çok, çok daha yüksek olduğunda, diğer Higgs aktive olabilirdi ve bu Higgs, bazı temel parçacık etkileşimlerinde dengesizliğe neden olmuş olabilir ve bu da madde ve antimadde arasındaki modern asimetriye yol açabilir.
Gizemi çözme
Ön baskı dergisi arXiv'de çevrimiçi olarak yayınlanan yakın tarihli bir makalede, üç fizikçi ilginç bir potansiyel çözüm önerdi: Belki de, üç evrende (Higgs Troika "olarak adlandırılan) bir sıcak patates oyunu oynadı ve normal madde seli üretti. . Madde antimaddeye dokunduğunda - Poof - ikisi yok eder ve yok olur.
Ve böylece bu madde akışının çoğu, karşımaddeyi yok edecek ve radyasyon seli içinde neredeyse tamamen yok olacaktı. Bu senaryoda, bildiğimiz ve sevdiğimiz günümüz evrenine yol açacak yeterli normal madde kalırdı.
Bu işi yapmak için kuramcılar üçlünün bilinen Higgs parçacığını ve iki yeniyi içerdiğini ve bu ikilinin her birinin yaklaşık 1.000 GeV kütleye sahip olduğunu öneriyorlar. Bu sayı tamamen keyfidir, ancak bu varsayımsal Higgs'i yeni nesil parçacık çarpıştırıcılarıyla potansiyel olarak keşfedilebilir hale getirmek için özel olarak seçildi. Asla tespit edilemeyen bir parçacığın varlığını tahmin etmenin bir yararı yoktur.
Bu durumda fizikçilerin bir zorluğu olur. Asimetriye ne sebep olursa olsun, maddeye karşı bir faktöre karşı antimadde üzerinde bir kenar vermek zorundadır. Ve erken evrende kendi işini yapmak için çok kısa bir zaman penceresi vardır; kuvvetler bölündüğünde, oyun biter ve bildiğimiz gibi fizik yerine kilitlenir. Ve iki yeni Higgs de dahil olmak üzere bu mekanizma test edilebilir olmalıdır.
Kısa cevap: Bunu başardılar. Anlaşılır şekilde çok karmaşık bir süreçtir, ancak kapsayıcı (ve teorik) hikaye şu şekildedir: İki yeni Higgs, biraz farklı oranlarda ve antimadde yerine madde için biraz farklı tercihlerle parçacık duşlarına bozunur. Bu farklılıklar zamanla oluşur ve elektrokeaktör kuvveti arttığında, evrende "yerleşik" madde-antimadde parçacık popülasyonlarında normal maddenin antimaddeye hükmettiği bir fark vardır.
Elbette, bu baryon asimetri problemini çözer, ancak hemen doğanın bu kadar çok Higgs bozonu ile ne yaptığı sorusuna yol açar. Ama her seferinde bir adım atacağız.
