چرا در گستره جهان هیچ نشانه‌ای از یک خلأ کامل به چشم نمی‌خورد و در عوض، دنیایی پر از ماده وجود دارد؟ این سوال، سال‌هاست که توجه دانشمندان فیزیک را به خود جلب کرده است. بر اساس نظریه‌های موجود، در لحظات آغازین مهبانگ، ماده و پادماده به صورت تقریباً یکسانی تولید شده‌اند و این ظرفیت وجود داشت که هر یک از آن‌ها دیگری را نابود کند و اثری از خود باقی نگذارد. اما اکنون، یک گروه علمی موفق به یافتن پاسخی شگفت‌انگیز برای این معما شده است که می‌تواند رازهای عمیق وجود را روشن کند.
اهمیت یک ذره نادیده‌گرفته‌شده در کیهان اولیه
تیمی از پژوهشگران دانشگاه ساوت‌همپتون و موسسه فناوری هند کانپور بر روی نوع خاصی از ذره به نام نوترینوی سنگین جداشده (decoupled heavy neutrino) تمرکز کرده‌اند. این خویشاوند فرضی و سنگین‌تر نوترینو، به دلیل تعامل بسیار ضعیفش با دیگر ذرات، برای سال‌ها به فراموشی سپرده شده و از نظر فیزیکدانان غیرمحتمل به نظر می‌رسید.
با این وصف، محققان متوجه شده‌اند که طول عمر غیرعادی این ذره ممکن است آن را به طور قابل توجهی مهم‌تر از آنچه تصور می‌شد، نماید. نتایج محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد که این ذره ممکن است به اندازه کافی پایدار باشد که در زمان سرد شدن کیهان پس از مهبانگ، به طور موقت بر چگالی انرژی جهان حاکم شود.
دکتر ریشاو روشن، یکی از نویسندگان این تحقیق از دانشگاه ساوت‌همپتون، توضیح داد که این نوترینوی سنگین جداشده برای مدت زمان طولانی به عنوان یک جزئیات بدون اهمیت در فیزیک ذرات در نظر گرفته شده است. با این حال، واپاشی آن به سرعت بسیار کندی انجام می‌پذیرد. با سرد شدن کیهان پس از مهبانگ، این ذره آنچنان طول عمر داشته که بنابراین بر چگالی انرژی جهان تسلط یافت و دوره‌ای را ایجاد کرد که در آن ماده غالب شد.
این قبیل یافته‌ها در تاریخ ۱ نوامبر ۲۰۲۶ (۱۱ آبان ۱۴۰۵) در نشریه معتبر Physical Review Letters منتشر شده است. این دوره کوتاه برتری نوترینوی سنگین می‌توانست مسیر تکامل کیهان اولیه را دگرگون کند و شرایطی را فراهم آورد که در نهایت به عدم توازن ماده و پادماده منجر گردید.
نقش نوترینوی سنگین در بقای ماده
تلاش‌های گذشته برای بیان غلبه ماده بر پادماده به طور معمول نوترینوی سنگین جداشده را در نظر نمی‌گرفتند. گفته می‌شد که به دلیل تعامل بسیار پائین با سایر ذرات، تأثیر اندکی بر فرآیندهای ایجاد عدم توازن دارد. اما پژوهش جدید این فرضیه را به چالش می‌کشد. گروه تحقیقاتی دریافت که حتی یک ذره با تعاملات فوق‌العاده ضعیف نیز می‌تواند به‌طور غیرمستقیم بر شرایطی تأثیر بگذارد که موجب برتری حیاتی ماده شده است.
دکتر روشن تصریح کرد که واقعیت حضور ما نشان‌دهنده وقوع عدم تقارن بین ماده و پادماده است. نوترینوی جداشده دمای اولیه کیهان را دگرگون کرد، دمایی که در آن ذرات بنیادی – نظیر الکترون‌ها و سایر لپتون‌ها – به وسیله بوزون هیگز تعامل داشتند. این دما به عنوان یک سوئیچ عمل می‌کند که شکل‌گیری عدم توازن میان ماده و پادماده را تعیین می‌کند.
در سناریوی ارائه‌شده توسط محققان، نوترینوی سنگین به تغییر شرایط دمایی مورد نیاز برای تعاملات اصلی ذرات، از جمله بوزون هیگز (Higgs boson)، اقدام کرده است. با تغییر زمان وقوع این تعاملات، این ذره بر روی توسعه عدم توازن میان ماده و پادماده تأثیر گذاشت. به عبارت دیگر، چیزی که مدت‌ها بی‌توجهی شده بود، ممکن است در تعیین دلیل وجود ماده در جهان نقش بسزایی ایفا کرده باشد.
بررسی امواج گرانشی کهن؛ نشانه‌ای از وجود ذره گمشده؟
این نظریه می‌تواند پیامدهای بزرگی برای درک چگونگی انبساط جهان در مراحل ابتدایی خود داشته باشد. دکتر سودیپتا شوم، یکی از نویسندگان این تحقیق از موسسه فناوری هند کانپور، اشاره کرد که یافته‌ها نشان می‌دهد ذره گمشده ممکن است به طرز قابل ملاحظه‌ای تاریخ انبساط کیهان جوان را تحت تأثیر قرار داده باشد.
او اضافه کرد که این نظریه ارائه‌دهنده توضیح جدیدی برای نحوه پیروزی ماده بر پادماده است. تغییرات اساسی در انبساط اولیه کیهان آثار مشخص و قابل شناسایی را به جا می‌گذارد؛ به عنوان مثال، بر امواج گرانشی اولیه. این نشانه‌های امواج گرانشی، به ما راه‌های جدیدی می‌دهند تا پیشرفت کیهان اولی پس از مهبانگ را بشناسیم.
امواج گرانشی، منعکس‌کننده‌هایی در ساختار فضا-زمان هستند. دانشمندان بر این باورند که فرآیندهای موجود در کیهان آغازین ممکن است تولید امواج گرانشی اولیه‌ای کرده باشند که اطلاعاتی درباره شرایط آن دوران دور را منتقل کنند. بر اساس نظریه جدید، غلبه موقتی نوترینوی سنگین می‌توانسته در این سیگنال‌های باستانی نشانه‌های قابل شناسایی بر جای بگذارد. کشف چنین الگوهایی نهایتاً می‌تواند راهی برای بررسی این موضوع فراهم کند که آیا ذره پیشنهاد شده به واقع بر روی روند اولیه تکامل کیهان تأثیر گذاشته است. این توضیح هنوز در سطح نظریه باقی مانده است، اما به فیزیکدانان فرصتی جدید برای حل یکی از رازهای عمیق کیهان‌شناسی می‌دهد.
نظرات کاربران