Гравітаційні хвилі можуть стати ключем до відповіді на питання, чому після Великого вибуху залишилося більше матерії

 Команда дослідників-теоретиків виявила, що можливість визначення Q-куль в гравітаційних хвилях та саме їх визначення могло б надати відповідь на питання: чому після Великого вибуху залишилося більше матерії, ніж антиматерії?

Про це говориться у пресрелізі Фізико-математичного інституту Всесвіту імені Кавлі (Kavli IPMU).

Причина існування людей полягає в тому, що в якийсь момент першої секунди існування Всесвіту якимось чином було вироблено більше матерії, ніж антиматерії. Асиметрія настільки мала, що щоразу, коли вироблялося десять мільярдів частинок антиматерії, утворювалася лише одна додаткова частинка матерії. Проблема в тому, що хоча ця асиметрія невелика, сучасні теорії фізики не можуть її пояснити. Фактично, стандартні теорії стверджують, що матерія та антиматерія повинні були вироблятися в однакових кількостях, але існування людей, Землі та всього іншого у Всесвіті доводить, що має існувати більше невідкритої фізики.

Наразі популярною ідеєю дослідників є те, що ця асиметрія виникла відразу після інфляції, періоду в ранньому Всесвіті, коли відбувалося дуже швидке розширення. Згусток поля міг розтягнутися за горизонт, щоб еволюціонувати та фрагментуватись таким чином, щоб створити цю асиметрію.

Але перевірити цю парадигму безпосередньо було важко, навіть використовуючи найбільші прискорювачі частинок у світі, оскільки залучена енергія в мільярди-трильйони разів перевищує будь-що, що люди можуть виробляти на Землі.

Тепер група дослідників з Японії та США, включаючи дослідника проєкту з Інституту фізики та математики Всесвіту Кавлі Грема Уайта та запрошеного старшого вченого Олександра Кусенка, який також є професором фізики та астрономії в UCLA, знайшли новий спосіб перевірити цю пропозицію за допомогою згустків поля, відомих як Q-кулі.

Природу Q-куль трохи складно зрозуміти, але це бозони, як бозон Хіггса, пояснює Грем Уайт, провідний автор і дослідник проєкту в Kavli IPMU.

"Частинка Хіггса існує, коли поле Хіггса збуджено. Але поле Хіггса може робити інші речі, наприклад утворювати згустки. Якщо у вас є поле, яке дуже схоже на поле Хіггса, але воно має якийсь заряд - не електричний заряд, але якийсь заряд - тоді один згусток має заряд як одна частинка. Оскільки заряд не може просто зникнути, поле має вирішити в якому вигляді бути: частинок чи згустків. Якщо менша енергія, щоб бути у згустках, ніж у частинках, тоді поле так і зробить. Купа згустків, які коагулюють разом, утворять Q-кулю».

«Ми стверджуємо, що дуже часто ці краплі поля, відомі як Q-кулі, залишаються на деякий час. Ці Q-кулі розбавляються повільніше, ніж фонове випромінювання, оскільки Всесвіт розширюється, поки врешті-решт більшість енергії у Всесвіті не перебуває в цих кульках. Тим часом коли ці краплі домінують, починають рости незначні флуктуації густини радіаційного супу. Коли Q-кулі розпадаються, їх розпад є настільки раптовим і швидким, що коливання в плазмі перетворюються на сильні звукові хвилі, що призводить до разючих брижів у просторі та часі, відомих як гравітаційні хвилі, які можна буде виявити протягом наступних кількох десятиліть. Принадність пошуку гравітаційних хвиль полягає в тому, що Всесвіт повністю прозорий для гравітаційних хвиль аж до самого початку», – сказав Уайт.

Дослідники також виявили, що умови для створення цих брижів дуже поширені, і результівні гравітаційні хвилі повинні бути достатньо великими й досить низькою частотою, щоб їх можна було виявити звичайними детекторами гравітаційних хвиль.

«Якщо асиметрія була створена саме так, то майже напевно ми незабаром виявимо сигнал з початку часів, який підтверджує цю теорію про те, чому ми та решта світу матерії взагалі існуємо», – сказав Уайт.

Деталі їхнього дослідження були опубліковані у журналі Physical Review Letters 27 жовтня.