Ar putea avea Universul un geamăn? Cercetările oamenilor de știință arată răspunsul clar

Un anti-univers care merge înapoi în timp ar putea explica materia întunecată și inflația cosmică. Astfel, potrivit unei noi teorii destul controversată, Universul ar putea avea un geamăn care merge înapoi în timp, înainte de Big Bang. Cum au ajuns oamenii de știință la această teorie?

Universul geamăn reprezintă noua teorie a cercetătorilor

Ideea presupune că universul timpuriu era mic, fierbinte și dens, și atât de uniform încât timpul pare simetric mergând înapoi și înainte. Dacă este adevărată, noua teorie înseamnă că materia întunecată nu este atât de misterioasă. Este doar o nouă aromă a unei particule fantomatice numită neutrin care poate exista doar în acest tip de univers. Iar teoria sugerează că nu ar fi nevoie de o perioadă de „inflație” care a extins rapid dimensiunea tânărului cosmos la scurt timp după Big Bang.

Dacă este adevărat, atunci experimentele viitoare pentru a căuta unde gravitaționale sau pentru a stabili masa neutrinilor ar putea răspunde odată pentru totdeauna dacă acest anti-univers în oglindă există. Fizicienii au identificat un set de simetrii fundamentale în natură.

Știri din lume

Dovada că Charlie Chaplin a fost ROMÂN! Cum a devenit prieten cu Ana Aslan

Știri din lume

10 locuri din Maramureș pe care trebuie să le vizitezi. Localnicii își respectă, cu sfințenie,...

Cele mai importante trei simetrii sunt: sarcina, paritatea și timpul. Interacțiunile fizice se supun majorității acestor simetrii de cele mai multe ori. Dar fizicienii nu au observat niciodată o încălcare a unei combinații a tuturor celor trei simetrii în același timp.

Dacă ai lua fiecare interacțiune observată în natură și întorci valorile și iei imaginea în oglindă și o derulezi înapoi în timp, acele interacțiuni se comportă exact la fel. Această simetrie fundamentală primește un nume: simetrie CPT, pentru sarcină (C), paritate (P) și timp (T).

Într-o nouă lucrare acceptată recent pentru publicare în revista Annals of Physics, oamenii de știință propun extinderea acestei simetrii combinate. De obicei, această simetrie se aplică doar interacțiunilor, forțelor și câmpurilor care alcătuiesc fizica cosmosului.

Dar poate, dacă aceasta este o simetrie atât de incredibil de importantă, se aplică întregului univers însuși. Cu alte cuvinte, această idee extinde această simetrie de la aplicare doar la „actorii” universului (forțe și câmpuri) până la „scena” în sine, întregul obiect fizic al universului.

Crearea materiei întunecate

Trăim într-un univers în expansiune. Acest univers este plin cu o mulțime de particule care fac o mulțime de lucruri interesante, iar evoluția universului avansează în timp. Dacă extindem conceptul de simetrie CPT la întregul nostru cosmos, atunci viziunea noastră asupra universului nu poate fi întreaga imagine.

În schimb, trebuie să fie mai multe. Pentru a păstra simetria CPT în întregul cosmos, trebuie să existe un cosmos cu imagine în oglindă care să-l echilibreze pe al nostru. Acest cosmos ar avea toate sarcinile opuse decât noi, ar fi răsturnat în oglindă și ar alerga înapoi în timp. Universul nostru este doar unul dintre gemeni. Luate împreună, cele două universuri se supun simetriei CPT.

Apoi, cercetătorii studiului au întrebat care ar fi consecințele unui astfel de univers. În primul rând, un univers care respectă CPT se extinde în mod natural și se umple cu particule, fără a fi nevoie de o perioadă lungă teoretizată de expansiune rapidă cunoscută sub numele de inflație. Deși există multe dovezi că a avut loc un eveniment precum inflația, imaginea teoretică a evenimentului este incredibil de neclară. Este atât de neclar încât există destul loc pentru propuneri de alternative viabile.

În al doilea rând, un univers care respectă CPT ar adăuga câțiva neutrini suplimentari la amestec. Există trei feluri de neutrini cunoscute: electron-neutrin, muon-neutrin și tau-neutrin. În mod ciudat, toate aceste trei tipuri de neutrini sunt stângaci, referindu-se la direcția de rotație în raport cu mișcarea sa. Toate celelalte particule cunoscute de fizică au atât varietăți pentru stângaci, cât și pentru dreptaci, așa că fizicienii s-au întrebat de mult dacă există neutrini suplimentari pentru dreptaci.

Un univers care respectă CPT ar cere existența a cel puțin unei specii de neutrini dreptaci. Această specie ar fi în mare parte invizibilă experimentelor de fizică, influențând întotdeauna restul universului prin gravitație. Dar o particulă invizibilă care inundă universul și interacționează numai prin gravitație seamănă foarte mult cu materia întunecată.

Cercetătorii au descoperit că acele condiții impuse de respectare a simetriei CPT ar umple universul nostru cu neutrini dreptaci, suficient pentru a explica materia întunecată. Nu am avea niciodată acces la geamănul nostru, universul CPT-oglindă, pentru că el există „în spatele” Big Bang-ului nostru, înainte de începutul cosmosului nostru. Dar asta nu înseamnă că nu putem testa această idee.

Cercetătorii au descoperit câteva consecințe observaționale ale acestei idei. În primul rând, ei prezic că cele trei specii cunoscute de neutrini stângaci ar trebui să fie toate particule de Majorana, ceea ce înseamnă că sunt propriile lor antiparticule. De acum, fizicienii nu sunt siguri dacă neutrinii au această proprietate sau nu.

În plus, ei prezic că una dintre speciile de neutrini ar trebui să fie fără masă. În prezent, fizicienii pot stabili doar limite superioare ale maselor de neutrini. Dacă fizicienii pot măsura vreodată în mod concludent masele de neutrini, iar una dintre ele este într-adevăr fără masă, asta ar întări foarte mult ideea unui univers CPT-simetric.

În sfârșit, în acest model nu a avut loc niciodată evenimentul de inflație. În schimb, universul s-a umplut de particule în mod natural pe cont propriu. Fizicienii cred că inflația a zguduit raportul spațiu-timp într-o măsură atât de mare încât a inundat cosmosul cu unde gravitaționale.