Proč náš vesmír víří více hmotou než jeho bizarním protějškem antihmoty - a proč vůbec existujeme - je jedním z nejasných hádanek moderní fyziky.
Když byl vesmír neuvěřitelně mladý, téměř všechny antihmoty zmizely a zůstaly jen normální věci. Teoretici už dlouho pronásledují stále nepolapitelné vysvětlení - a důležitější je způsob, jak toto vysvětlení vyzkoušet pomocí experimentů.
Nyní, trojice teoretiků navrhla, že za záhadný úběžný antihmota ve vesmíru by mohla být zodpovědná trojice částic zvaná Higgsovy bosony. A oni si myslí, že vědí, jak najít podezřelé viníky.
Případ chybějící antihmoty
V téměř každé jednotlivé interakci mezi subatomickými částicemi se antihmota (která je identická s normální hmotou, ale s opačným nábojem) a normální hmota produkují ve stejné míře. Zdá se, že jde o základní symetrii vesmíru. A přesto, když jdeme ven a díváme se na stejný vesmír, nevidíme vůbec žádný antihmotu. Pokud to dokážou fyzici zjistit, pro každou částice antihmoty, která stále visí, je v celém vesmíru asi miliarda částic normální hmoty.
Toto tajemství prochází mnoha jmény, například problémem asymetrie hmoty a problémem baryonové asymetrie; bez ohledu na jméno má fyziky pahýly. Od této chvíle nikdo nebyl schopen poskytnout koherentní a konzistentní vysvětlení dominance hmoty nad antihmotou, a jelikož je úkolem fyziků vysvětlit, jak příroda funguje, začíná to být podrážděné.
Příroda však nechala některé vodítka, aby nám lhaly. Například v takzvaném kosmickém mikrovlnném pozadí se neobjeví žádný důkaz pro mnoho antihmoty - teplo zbylé z Velkého třesku, zrození vesmíru. To nasvědčuje tomu, že se kapary objevili ve velmi raném vesmíru. A raný vesmír byl docela bláznivé místo, kde se odehrávaly nejrůznější komplikované, špatně chápané fyziky. Pokud se tedy hmota a antihmota rozdělí, je na to vhodný čas.
Obviňujte Higgs
Ve skutečnosti je nejlepší čas na zmizení antihmoty během krátké, ale bouřlivé epochy našeho vesmíru, kdy se přírodní síly rozdělovaly, když se vesmír ochladil.
Při vysokých energiích (jako jsou energie uvnitř srážky částic) kombinují elektromagnetická síla a slabá jaderná síla své síly a vytvářejí novou sílu: elektroslabý. Jakmile se však věci vychladnou a vrátí se k normální každodenní energii, elektroslab se rozdělí na známé dvě síly.
Při ještě vyšších energiích, jako jsou ty, které byly nalezeny v prvních okamžicích Velkého třesku, si myslíme, že silná jaderná síla se spojí s elektroslabem, a při stále vyšších energiích gravitace spojuje stranu do jediné jednotné síly. Ale ještě jsme úplně nezjistili, jak se do hry dostává gravitace.
Higgsův boson, který měl existovat v 60. letech, ale nebyl objeven až v roce 2012 uvnitř Large Hadron Collider, provádí dělení elektromagnetické síly od slabé jaderné síly. Fyzici si jsou jisti, že k rozdělení hmoty a antihmoty došlo dříve, než všechny čtyři přírodní síly padly na své místo jako své vlastní entity; je to proto, že máme docela jasné chápání fyziky vesmíru po rozdělení a přidání přílišného antihmoty v pozdějších epochách porušuje pozorování kosmického mikrovlnného pozadí).
Jako takový hraje roli Higgsův boson.
Ale Higgs sám o sobě to nemůže snížit; neexistuje žádný známý mechanismus, jenž by pomocí Higgsů způsoboval nerovnováhu mezi hmotou a antihmotou.
Naštěstí nemusí být příběh Higgsů u konce. Fyzici našli v experimentech s kolektory jediný Higgsův boson s hmotností přibližně 125 miliard voltů elektronů nebo GeV - pro informaci proton váží kolem 1 GeV.
Ukázalo se, že Higgs nemusí být sám.
Je zcela možné, že se bude vznášet více Higgsových bosonů, které jsou masivnější, než co můžeme v našich experimentech v současné době detekovat. V dnešní době by tito tito Higgsovi, pokud existují, nedělali moc, ani by se nepodíleli na žádné fyzice, ke které bychom měli přístup s našimi srážkami - prostě nemáme dostatek energie, abychom je mohli „aktivovat“. Ale v raných dobách vesmíru, kdy byly energie mnohem, mnohem vyšší, mohly být aktivovány další Higgsové a tyto Higgs možná způsobily nerovnováhu v určitých základních interakcích částic, což vedlo k moderní asymetrii mezi hmotou a antihmotou.
Řešení záhady
V nedávném článku publikovaném online v předtiskovém časopise arXiv navrhli tři fyzici zajímavé potenciální řešení: Možná, že tři Higgsovy bosony (nazývané „Higgs Troika“) hrály hru horkých brambor v ranném vesmíru a vyvolaly záplavu normální hmoty . Když se hmota dotkne antihmoty - Poof - dva zničí a zmizí.
A tak většina z toho proudu hmoty zničila antihmotu a zaplavila ho téměř úplně z existence při záplavě záření. V tomto scénáři by zbývalo dost normálního materiálu, který by vedl k současnému vesmíru, který známe a milujeme.
Aby tato práce fungovala, teoretici navrhují, aby trio obsahovalo jednu známou Higgsovu částici a dva nováčky, přičemž každé z těchto duo má hmotnost přibližně 1 000 GeV. Toto číslo je čistě libovolné, ale bylo speciálně vybráno, aby tento hypotetický Higgs byl potenciálně objevitelný s příští generací srážky částic. Nemá smysl předpovídat existenci částice, kterou nelze nikdy detekovat.
Fyzici pak mají výzvu. Ať už způsobuje mechanismus jakýkoli mechanismus, musí asymetrie poskytnout hmotu náskok před antihmotou o miliardu jedna. A v časném vesmíru má velmi krátký čas na to, aby dělal svou věc; jakmile se síly rozdělí, hra skončí a fyzika, jak víme, je uzamčena na svém místě. A tento mechanismus, včetně dvou nových Higgsů, musí být testovatelný.
Krátká odpověď: Dokázali to. Je to pochopitelně velmi komplikovaný proces, ale zastřešující (a teoretický) příběh vypadá takto: Dva nové Higgsové se rozpadají na sprchy částic mírně odlišnou rychlostí as mírně odlišnými preferencemi pro hmotu před antihmotou. Tyto rozdíly se časem vytvářejí, a když se elektroslabá síla rozdělí, je dost rozdílů v počtu částic částic antihmoty „zabudovaných“ do vesmíru, že normální hmota nakonec převládá nad antihmotou.
Určitě to řeší problém asarymetrie baryonů, ale právě to okamžitě vede k otázce, co příroda dělá s tolika Higgsovými bosony. Ale uděláme věci po jednom kroku.
