К барионной асимметрии Вселенной вскоре может добавиться лептонная

Физики Доминик Шварц (Dominik Schwarz) и Майк Штуке (Maik Stuke) из Билефельдского университета (Германия) представили исследование, указывающее на очень интересное следствие из последних данных по реликтовому излучению.

По всей видимости, считают учёные, во Вселенной куда больше антинейтрино, чем нейтрино. Все помнят, что вопрос о том, являются ли нейтрино и антинейтрино тождественными частицами, пока не решён. Но уже сейчас ясно, что по хиральности (различие правого и левого) антинейтрино отличается от нейтрино. И вот тут возникает интересный вопрос: теоретически ничто не должно указывать на преобладание антинейтрино. Но если оно всё же есть, то требует физического объяснения, с чем пока проблемы. Похожая ситуация сложилась и с обычной барионной материей: по идее, обычных антиматерии и материи при рождении Вселенной должно быть поровну. Факты же говорят о том, что антиматерии почти нет, а материи не так уж и мало. По некоторым оценкам, разница в количестве той и другой во Вселенной является десятимиллиардной. Это тягостное противоречие теории и практики называется «барионной асимметрией Вселенной».

Немецкие физики настаивают: кроме барионной асимметрии, налицо также лептонная. Барионы, как хорошо известно сконструированному в основном из них читателю, сами состоят из трёх кварков. Наиболее массовые их примеры — протоны и нейтроны, представляющие основную часть массы атомов. Лептоны же из кварков не состоят и если и являются составными, то их «кирпичики» (гипотетические преоны) такие же, как у кварков. Чаще всего мы в прямом смысле сталкиваемся с такими лептонами, как нейтрино (нейтральная частица) и электроны (заряженная частица).

Как утверждают исследователи, антинейтрино преобладают над нейтрино на несколько порядков сильнее, чем материя над антиматерией, что означает загадку ещё более сложную, чем барионная асимметрия. Кроме того, общее число лептонов может значительно превосходить количество барионов. «"Лептонная Вселенная" — это Вселенная, которая содержит намного больше лептонов, чем барионов, — говорит Доминик Шварц. — Вселенная, где огромное количество антинейтрино должно быть чем-то неожиданным. Я не могу сказать, как это изменит общую картину [устройства мира], поскольку мы пока в самом начале изучения этой идеи...»

Как удостовериться в существовании преобладания антинейтрино и, следовательно, лептонной асимметрии Вселенной? Известно, как тяжело зарегистрировать нейтрино и антинейтрино: большинство из них каждое мгновение «проскакивают» через весь земной шар и почти не замедляются при этом. Однако г-да Шварц и Штуке указывают на то, что в ранней Вселенной такой дисбаланс должен был влиять на нуклеосинтез, и реликтовое излучение, возникшее после этого, должно нести явные отпечатки такой асимметрии.

Используя данные по реликтовому излучению от Атакамского космологического телескопа, Телескопа Южного полюса, а также WMAP, авторы работы сравнили ситуацию с распространённостью гелия в первоначальной Вселенной с наблюдаемой сегодня в некоторых внегалактических районах. В итоге, применив гелий как «лептометр», удалось наложить существенные ограничения на лептонную асимметрию, по которой, похоже, антинейтрино действительно доминируют над нормальными нейтрино. По всей видимости, такая асимметрия должна ускорять расширение Вселенной. Тем не менее пока нельзя исключить и сценарий нормального нуклеосинтеза: для окончательного вывода нужны новые наблюдения. И дело стоит того. «[Подтверждение лептонной асимметрии] определённо должно опровергнуть стандартный сценарий [нуклеосинтеза], предполагающий, что такой асимметрии не было», — считает Доминик Шварц. Впрочем, новая теория нуклеосинтеза не будет радикально отличаться от нынешней: речь пойдёт лишь о серьёзной корректировке той же модели.

Видеорезюме публикации:

Отчёт об исследовании опубликован в издании New Journal of Physics (доступен полный текст).

Подготовлено по материалам Phys.Org.