قدیمی‌ترین معمای عالم هستی حل شد!

راز بقا: این یکی از کهن‌ترین معما‌های گیتی است: از آن‌جا که ماده و پادماده در برخورد با یکدیگر از بین می‌روند، و این هر دو شکل ماده در لحظه مهبانگ وجود داشته‌اند، چرا گیتی عمدتا از ماده ساخته شده است نه از هیچ؟ این همه پادماده کجا رفت؟

به گزارش راز بقا؛ یانو کوی، استاد فیزیک و نجوم دانشگاه کالیفرنیا، در سخنانی گفت: «این واقعیت که عالم کنونی ما تحت سیطره ماده است، همچنان یکی از گیج‌کننده‌ترین و دیرینه‌ترین راز‌های فیزیک مدرن است. یک نامتعادلی یا نامتقارنی ظریف میان ماده و پادماده در گیتی اولیه برای رسیدن به سیطره امروزی ماده لازم است، اما در چارچوب شناخته‌شده فیزیک بنیادی قابل درک نیست.»

نظریه‌هایی وجود دارند که ممکن است به این پرسش پاسخ دهند، اما آزمودن آن‌ها با استفاده از آزمایش‌های آزمایشگاهی بسیار دشوار است. اکنون، در مقاله جدیدی که روز پنجشنبه در مجله «فیزیکال ریویو لترز» (Physical Review Letters) منتشر شد، دکتر کوی و نویسنده همکارش، ژونگ ژی شیان‌یو، استاد فیزیک در دانشگاه تسینگ‌هوا در چین، توضیح می‌دهند که آن‌ها ممکن است به منظور انجام آزمایش، روشی برای استفاده از پس‌تابش مهبانگ کشف کرده باشند.

نظریه‌ای که دکتر کوی و دکتر ژونگ-ژی قصد بررسی آن را داشتند با نام لپتوجنسیس (leptogenesis) شناخته می‌شود، فرایندی که واپاشی ذراتی را شامل می‌شود که می‌توانست به عدم تقارن بین ماده و پادماده در گیتی اولیه بینجامد. عدم تقارن در انواع خاصی از ذرات بنیادی در نخستین لحظات کیهان، به بیان دیگر، می‌توانست در طول زمان افزایش یابد و از طریق بر‌هم‌کنش‌های ذرات بیشتر، به عدم تقارن بین ماده و پادماده تبدیل شود که عالم هستی را آن‌گونه که ما می‌شناسیم ساخت‌- و حیات را‌- ممکن کرد.

دکتر کوی گفت: «لپتوجنسیس یکی از قانع‌کننده‌ترین سازوکار‌هایی است که عدم تقارن ماده-ضدماده را ایجاد می‌کند. این [سازوکار]یک ذره بنیادی جدید، نوترینوی راست-دست، را شامل می‌شود.»

دکتر کوی افزود، اما تولید یک نوترینوی راست‌-دست به انرژی بسیار بیشتری از آنچه در برخورددهنده‌های ذرات روی زمین تولید می‌شود، نیاز دارد.

او گفت: «آزمایش لپتوجنسیس تقریبا ناممکن است، چرا که مرتبه‌های بزرگی جرم نوترینوی راست‌-دست معمولا فراتر از آن است که در بالاترین [و پرانرژی‌ترین]برخورددهنده انرژی ساخته شده، یعنی برخورد‌دهنده بزرگ هادرونی در دسترس است.»

دیدگاه دکتر کوی و همکارانش این بود که دانشمندان ممکن است به ساخت یک برخورد‌دهنده قدرتمندتر ذرات نیاز نداشته باشند، زیرا همان شرایطی که آن‌ها می‌خواهند در چنین آزمایشی ایجاد کنند، پیش از این در برخی از نقاط گیتی اولیه وجود داشته است. دوره تورمی، دوره‌ای از انبساطِ نماییِ زمان و مکان که تنها کسری از ثانیه پس از مهبانگ ادامه داشت.

دکتر کوی گفت: «تورم کیهانی محیطی بسیار پرانرژی فراهم کرد که تولید ذرات سنگین جدید و همچنین برهمکنش‌های آن‌ها را امکان‌پذیر کرد. کیهان تورمی دقیقا مانند یک برخورددهنده کیهانی عمل کرد، با این تفاوت که انرژی آن ۱۰ میلیارد برابر بزرگ‌تر از هر برخورددهنده ساخته دست بشر بود.»

علاوه بر این، نتایج آن آزمایش‌های طبیعی برخورددهنده کیهانی ممکن است امروزه در توزیع کهکشان‌ها و همچنین در تابش زمینه ریزموج کیهانی، حفظ شده باشد. [تابش زمینه کیهانی یا به‌اصطلاح CMB همان]پس‌تابش پس از مهبانگ [است]که اخترفیزیکدانان بخش بزرگی از شناخت فعلی‌شان از تکامل کیهان را از آن استنباط کرده و نتیجه گرفته‌اند.

دکتر کوی گفت: «به‌طور خاص، ما نشان می‌دهیم که شرایط ضروری برای ایجاد عدم تقارن، از جمله برهم‌کنش‌ها و جرم‌های نوترینوی راست ـدست، که در این‌جا عامل مهمی است، می‌تواند اثرانگشتی متمایز را در آمار توزیع فضایی کهکشان‌ها یا پس‌زمینه ریزموج کیهانی از خود باقی بگذارد.»

او در ادامه افزود: «اگرچه این اندازه‌گیری‌ها هنوز باید انجام شود. مشاهدات اخترفیزیکی مورد انتظار در سال‌های آتی می‌توانند احتمالا چنین سیگنال‌هایی را شناسایی کنند و منشا کیهانی ماده را آشکار کنند.»