Тайна происхождения Вселенной раскрыта

Результаты исследования ученых из США появятся в журнале Physical Review Letters. Сейчас их разместили на сайте препринтов arXiv.org.

Стандартная модель физики элементарных частиц дает объяснения трем фундаментальным силам во Вселенной. Речь идет об электромагнетизме, слабом взаимодействии, которое удерживает вместе протоны и нейтроны в ядре атома, а также сильном взаимодействии, которое разрушает нейтроны. Однако эта модель не объясняет существование темной материи и нарушение СР-симметрии.

Чтобы объяснить последнее непонятное явление, в 1977 году в область физики, которая изучает сильное взаимодействие, ввели понятие аксиона.

Аксион — это гипотетическая частица, которая весит в миллиард раз меньше, чем протон, и очень редко взаимодействует с обычной материей. Именно эти свойства объясняют, почему аксионы до сих пор не удавалось обнаружить. Несмотря на это, такая частица идеально подходит для объяснения ряда противоречий.

Она решает вопрос нарушения СР-симметрии и способствует объяснению скорости вращения галактик, потому что является хорошим кандидатом на роль частицы темной материи. Ученые предполагают, что во Вселенной существует огромное количество невидимого вещества, которое не дает галактикам разлететься на части — это должно было произойти при такой скорости вращения с силой тяжести исключительно видимых объектов. Учены считают, что именно поле аксионов защищает Вселенную от распада.

Третье фундаментальное противоречие Стандартной модели — дисбаланс между веществом и антивеществом. Когда Вселенная только появилась, одновременно возникшие вещество и антивещество должны были друг друга уничтожить. В таком случае, галактики, звезды и планеты просто не образовались бы. Однако этого не произошло, и долгое время никто не мог понять, почему.

В своем новом исследовании ученые выяснили, что аксион способен объяснить и это противоречие — если предположить, что частица вращается. Раньше ученые считали, что аксионы были статичны сразу после Большого взрыва — колебаться они начали только после того, как Вселенная стала охлаждаться.

Рэймонд Ко из Мичиганского университета и Кейсуке Харигая из Института перспективных исследований предположили, что поле аксионов уже тогда имело собственное вращение.

Энергия, которая высвобождалась из-за этого, превращалась в барионы — частицы обычного вещества. Возник каскадный эффект, и на каждом этапе вращение аксионов создавало новое вещество — оно незначительно превышало количество антивещества. И каждый раз небольшая часть материи оставалась для формирования современного мира — речь идет примерно об одной 10-миллиардной доле.