web analytics

Universul nostru ar putea fi imaginea în oglindă a unui univers de antimaterie care se extinde înapoi în timp

Parteneri

Universul nostru ar putea fi imaginea în oglindă a unui univers de antimaterie care se extinde înapoi în timp, înainte de Big Bang. Așa susțin fizicienii din Canada, care au conceput un nou model cosmologic care postulează existența unui „antiunivers” care, în pereche cu al nostru, păstrează o regulă fundamentală a fizicii numită simetrie CPT. Cercetătorii mai trebuie să pună la punct multe detalii ale teoriei lor, dar ei spun că aceasta explică în mod natural existența materiei întunecate.

Modelele cosmologice standard ne spun că universul – spațiu, timp și masă/energie – a explodat în urmă cu aproximativ 14 miliarde de ani și că de atunci s-a extins și s-a răcit, ducând la formarea progresivă a particulelor subatomice, atomilor, stelelor și planetelor.

Cu toate acestea, Neil Turok, de la Institutul Perimeter pentru Fizică Teoretică din Ontario, consideră că, din cauza faptului că aceste modele se bazează pe parametri ad-hoc, ele seamănă tot mai mult cu descrierea sistemului solar făcută de Ptolemeu. Unul dintre acești parametri, spune el, este scurta perioadă de expansiune rapidă cunoscută sub numele de inflație, care poate explica uniformitatea universului la scară largă. „Există această stare de spirit conform căreia explici un nou fenomen prin inventarea unei noi particule sau a unui nou câmp”, spune el. „Cred că acest lucru s-ar putea dovedi a fi greșit”.

În schimb, Turok și colegul său de la Institutul Perimeter, Latham Boyle, și-au propus să dezvolte un model al universului care poate explica toate fenomenele observabile bazându-se doar pe particulele și câmpurile cunoscute. Ei s-au întrebat dacă există o modalitate naturală de a extinde universul dincolo de Big Bang – o singularitate în care relativitatea generală se prăbușește – și apoi de cealaltă parte. „Am descoperit că există”, spune el.

Răspunsul a fost să presupunem că universul ca întreg se supune simetriei CPT. Acest principiu fundamental prevede că orice proces fizic rămâne același dacă timpul este inversat, spațiul este inversat și particulele sunt înlocuite cu antiparticule. Turok spune că acest lucru nu este valabil pentru universul pe care îl vedem în jurul nostru, în care timpul merge înainte pe măsură ce spațiul se extinde și există mai multă materie decât antimaterie.

În schimb, spune Turok, entitatea care respectă simetria este o pereche univers-antiunivers. Antiuniversul s-ar întinde înapoi în timp de la Big Bang, devenind mai mare pe măsură ce se extinde, ar fi dominat de antimaterie și ar avea proprietățile sale spațiale inversate în comparație cu cele din universul nostru – o situație analogă cu crearea perechilor electron-pozitron într-un vid, spune Turok.

Turok, care a colaborat, de asemenea, cu Kieran Finn de la Universitatea Manchester din Marea Britanie, recunoaște că modelul mai are încă nevoie de multă muncă și că este posibil să aibă mulți detractori. Într-adevăr, el spune că el și colegii săi „au avut o discuție îndelungată” cu referenții care au analizat lucrarea pentru Physical Review Letters – unde a fost publicată în cele din urmă – cu privire la fluctuațiile de temperatură din fondul cosmic de microunde. „Ei au spus că trebuie să explicați fluctuațiile, iar noi am spus că aceasta este o lucrare în desfășurare. În cele din urmă au cedat”, spune el.

În termeni foarte generali, spune Turok, fluctuațiile se datorează naturii cuantico-mecanice a spațiu-timpului în apropierea singularității Big Bang-ului. În timp ce viitorul îndepărtat al universului nostru și trecutul îndepărtat al antiuniversului ar oferi puncte fixe (clasice), toate permutările posibile pe bază cuantică ar exista la mijloc. El și colegii săi au numărat cazurile fiecărei configurații posibile a perechii CPT și, pe baza acestora, au calculat care este cel mai probabil să existe. „Se pare că cel mai probabil univers este unul care arată asemănător cu al nostru”, spune el.

Turok adaugă că incertitudinea cuantică înseamnă că universul și antiuniversul nu sunt exact imagini în oglindă ale unuia și altuia – ceea ce permite evitarea unor probleme spinoase precum liberul arbitru.

Dar, lăsând problemele la o parte, Turok spune că noul model oferă un candidat natural pentru materia întunecată. Acest candidat este o particulă foarte masivă, ultra-eluzivă, numită neutrino „steril”, care ar trebui să explice masa finită (foarte mică) a neutrinilor stângaci mai obișnuiți. Potrivit lui Turok, simetria CPT poate fi utilizată pentru a calcula din primele principii abundența de neutrini de mâna dreaptă în universul nostru. Prin luarea în considerare a densității observate a materiei întunecate, el spune că această cantitate dă o masă pentru neutrinul de mână dreaptă de aproximativ 5×108 GeV – de aproximativ 500 de milioane de ori masa protonului.

Turok descrie această masă ca fiind „foarte asemănătoare” cu cea derivată din câteva semnale radio anormale detectate de către Antena Antarctică pentru semnale tranzitorii impulsive (ANITA). Experimentul purtat de un balon, care zboară la mare înălțime deasupra Antarcticii, observă în general razele cosmice care călătoresc în jos prin atmosferă. Cu toate acestea, în două ocazii, ANITA pare să fi detectat particule care călătoresc în sus prin Pământ cu mase cuprinse între 2 și 10×108 GeV. Având în vedere că neutrinii obișnuiți ar interacționa aproape sigur înainte de a ajunge atât de departe, Thomas Weiler de la Universitatea Vanderbilt și colegii săi au propus recent că vinovații au fost în schimb neutrini de mână dreaptă în dezintegrare.

Cu toate acestea, Turok subliniază o problemă – și anume că modelul simetric CPT necesită ca acești neutrini să fie complet stabili. Dar el rămâne prudent și optimist. „Este posibil ca aceste particule să se dezintegreze de-a lungul vârstei universului, dar pentru asta este nevoie de o mică ajustare a modelului nostru”, spune el. „Așa că suntem încă intrigați, dar cu siguranță nu aș spune că suntem convinși în acest stadiu”.