علماء فيزيائيون يقولون: جسيم منسي قد يجيب على لغز سبب وجودنا

ال الانفجار العظيم كان ينبغي أن تكون البداية و نهاية الكون كما نفهمها.

في نواحٍ عديدة، يحب الكون التوازن، لذلك يُعتقد أن الانفجار الكبير كان يجب أن يكون هو الذي خلق المادة المادة المضادة بكميات متساوية، مما يؤدي بهم إلى تدمير بعضهم البعض وترك المساحة والطاقة فقط.

لكن كان هناك خلل متناهي الصغر في التوازن في مرحلة ما من بداية الكون مما سمح بتواجد المادة، وهو أمر مهم لأنه البشر وأشياء أخرى تميل إلى أن تكون مصنوعة من المادة.

يقترح الفيزيائيون الآن تفسيرًا جديدًا لهذا الخلل، مشيرين إلى أن منقذنا الكوني كان من الممكن أن يكون شيئًا غامضًا تمامًا: جسيم “شبح” مُهمل ومفترض يمكنه حل العديد من الألغاز الكونية.

وفي دراسة جديدة نشرت في رسائل المراجعة البدنيةاستخدم الفيزيائيان ريشاف روشان من جامعة ساوثهامبتون وسوديبتا شو من المعهد الهندي للتكنولوجيا كانبور النماذج والحسابات لوصف كيفية حدوث ذلك. “النيوترينو العقيم” كان من الممكن أن تسمح للمادة بالوجود.

سمي النيوترينو العقيم بهذا الاسم لأنه يتجاهل القوى التي تؤثر على المادة العادية، ولا يشعر إلا بالجاذبية وسحب ضعيف للغاية من هيغز.

“لطالما تم رفض هذا النيوترينو الثقيل المنفصل باعتباره تفاصيل خلفية غير ذات صلة في فيزياء الجسيمات.” يشرح روشان.

“ومع ذلك، فهو يتحلل ببطء لا يصدق. ومع تبريد الكون بعد الانفجار الكبير، عاش الجسيم لفترة كافية حتى استولى مؤقتًا على كثافة طاقة الكون وأطلق فترة تهيمن عليها المادة”.

وإذا كان الجسيم المحتمل فائق الثقل الذي يتفاعل فقط مع الجاذبية يعيد إلى الأذهان لغزًا كونيًا آخر (تنبيه المفسد: المادة المظلمة)، فإن النيوترينوات العقيمة هي السبب المقترح على الأقل لبعض كتلة الكون “المفقودة” – على الرغم من أن الأشخاص الذين يتنافسون على هذه الوظيفة هم أبناء عمومة أخف بكثير للوحش في هذه الدراسة.

ومع ذلك، فإن النيوترينوات العادية المعروفة بوجودها (في ثلاثة أنواع) هي في حد ذاتها غامضة، على الرغم من وجودها في كل مكان طوال الوقت. ربما تمر مئات المليارات من خلال جسمك الآن، وذلك بفضل شبحيتهم الخالية من الشحنة والتي لا تحتوي على كتلة تقريبًا.

كما أنها تفوق عدد الجسيمات الأخرى ذات الكتلة بمقدار 10 مرات من حيث الحجم، أو 10 مليارات، كما يقول علماء CERN يقول.

ولكن لماذا هم سقيم جدا؟ إذا كنت تعتقد أن الإلكترون خفيف، النيوترينوات أخف بمليون مرة على الأقل.

يتضمن هذا اللغز ما يعرف ب اقتران يوكاواوالذي يقيس كيفية تفاعل الجسيمات مثل الفرميونات مع حقل هيغز الذي يمنحها الكتلة. وبناءً على ذلك، فإن اقتران الإلكترونات منخفض، لذا فإن كتلتها منخفضة.

وكما قارن الفيزيائي ديفيد ميللر في التسعينيات، فإن حقل هيغز يشبه حفل كوكتيل. كلما كان المدعو أكثر شهرة، كلما أبطأ حضوره من قبل رواد الحفلة الآخرين الذين يطلبون صورة شخصية. وبالتالي فإن تفاعل يوكاوا يشبه مستوى شهرة ذلك الشخص.

في هذا السياق، يمكن للمرء أن يستنتج أن النيوترينوات العادية هي عبارة عن زهور منثورة منخفضة الشهرة بشكل هائل.

بعضها البعض النموذج القياسي يحصل الجسيم على كتلة عبر مجال هيجز، لكن التفاعل يجب أن يكون صغيرًا للغاية لتفسير كتل النيوترينو المنتظمة.

لذلك هناك تشبيه آخر مسلي، “آلية متأرجحة”، حيث تكون النيوترينوات العادية خفيفة جدًا بسبب نظيراتها من النيوترينوات العقيمة غير المكتشفة (ربما أيضًا ثلاث نكهات) ثقيلة جدا.

بوم، من المحتمل أن يتم حل اللغز الثاني (؟) عبر أشباح افتراضية.

أدخل النيوترينو المنفصل، وهو النوع الثالث الذي تم التغاضي عنه من النيوترينو العقيم الذي يمكن أن يخبرنا بسر وجودنا.

“لقد أدى النيوترينو المنفصل إلى تغيير درجة الحرارة في الكون المبكر حيث تفاعلت الجسيمات الأساسية – مثل الإلكترونات واللبتونات الأخرى – مع جسيماتها المضادة بمساعدة بوزون هيغز في النموذج القياسي،” روشان يشرح.

“تعمل درجة الحرارة هذه كمفتاح يحدد كيفية نشوء اختلال التوازن بين المادة والمادة المضادة.”

لذلك، من خلال وجود اتصال ضعيف بشكل لا يصدق (يتم “فصله”) عن آلية التأرجح، فإن هذا النيوترينو العقيم يضمحل بشكل أبطأ من شقيقيه النيوترينوين العقيمين الآخرين، اللذين يتحللان بسرعة أكبر إلى لبتونات مثل الإلكترونات.

ومن المثير للاهتمام أن هذه التحللات اختزلت جسيمات المادة المضادة، مما أدى إلى خلق عدد أكبر قليلاً من جسيمات المادة.

من خلال البقاء لفترة أطول، أدى فصل النيوترينو العقيم إلى اضطراب مؤقت في توازن الطاقة في الكون المبكر، وتحويله نحو حالة تهيمن عليها المادة مما أثر على درجة الحرارة الكونية والتوسع – حتى اضمحل النيوترينو العقيم المذكور تمامًا – حتى تتمكن جزيئات المادة الإضافية من البقاء وتشكل في النهاية كل المادة. المجرات و سحب غازية بنكهة التوت نرى اليوم.

غريب”sphaleron”ثم حدثت العملية في الحساء الكمي البارد للكون، حيث تم تحويل جزء من هذا الفائض من اللبتونات إلى فائض مطابق من الكواركات.

وتتجلط هذه الكواركات في بروتونات ونيوترونات، لتكمل الإلكترونات (اللبتونات) التي نجت من التحول، كما يقول هذا التفكير.

نظرًا لأن هذا العمل يحسب كتلة النيوترينو الأخف، فقد تم تصميمه ليكون قابلاً للدحض، ويمكن أن يساعد فحص هذه الكتلة باستخدام تجارب فيزياء الجسيمات في تحديد الوجود القديم (غير) للنيوترينوات العقيمة.

وبشكل عام، فإن هذا البحث “يقدم لنا تفسيرًا جديدًا لكيفية فوز المادة”، بحسب شو يقول.

“إن التحول الدراماتيكي في التوسع المبكر للكون يترك بصمات واضحة ولكن يمكن اكتشافها، على سبيل المثال على موجات الجاذبية البدائية.”

ولذلك، فإن النيوترينو العقيم المهمل، ولكنه بطيء التحلل (والمنقرض الآن) كما هو موصوف هنا قد يكون قابلاً للاكتشاف من خلال تأثيره السابق على التموجات الفعلية في الزمكان التي انتشرت منذ بداية كل شيء.

لكن ضبط همهمة ولادة الكون أمر صعب، ويتطلب مراصد من الجيل التالي مثل ليزا، مثلث عملاق من أشعة الليزر الفضائية، يتكون من ثلاث مركبات فضائية تفصل بينها 2.5 مليون كيلومتر، وتحطم الفضاء في أعقاب الأرض.

بمعنى آخر، نظرًا لأن النيوترينو العقيم الذي يحتمل أن يكون مسؤولاً عن وجودنا قد اختفى منذ فترة طويلة، وبما أن النيوترينوات العادية اليوم خيالية جدًا، فقد نكون جميعًا نتاج شبح شبح.

كما تظهر يخلص:

“إن توقيعات موجات الجاذبية هذه تفتح لنا طرقًا جديدة لكشف تطور الكون المبكر بعد الانفجار الكبير.”

وقد تم نشر البحث في رسائل المراجعة البدنية.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وتم تحريره بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.