Забытая частица объяснила физикам, почему существует Вселенная

Материя победила антиматерию благодаря тяжёлому нейтрино, которое физики десятилетиями считали незначительной деталью. Из-за медленного распада эта частица выжила в остывающем космосе и на время захватила господство во Вселенной. К такому выводу пришла команда Саутгемптонского университета в Англии совместно с коллегами. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Проблема, которую они решают, стара как сама космология. Согласно учебникам, Большой взрыв должен был породить материю и антиматерию в абсолютно равных долях, а при встрече они обязаны были полностью обратиться в излучение. Это означает, что Вселенная превратилась бы в безбрежный океан чистого света — без планет, звёзд и людей. Раз мы существуем, равновесие где-то дало сбой. По распространённой оценке, перекос был ничтожным: примерно одна лишняя частица материи на миллиард аннигилировавших пар. Именно этот крохотный остаток и собрал все известные нам галактики.

Ответ нашёлся у частицы с репутацией статиста — так называемого «развязанного» тяжёлого нейтрино, настолько слабо взаимодействующего с остальным миром, что большинство прежних теорий его попросту игнорировало. «Эту частицу долго сбрасывали со счетов как не влияющую ни на что мелочь в физике элементарных частиц, — объясняет Ришав Рошан из Саутгемптона. — Но поскольку она распадается очень медленно, то пережила охлаждение космоса, временно перехватила плотность энергии Вселенной и запустила эпоху господства материи».

Тяжёлое нейтрино сместило температуру, при которой лептоны — например, электроны — взаимодействовали со своими античастицами через бозон Хиггса. Именно эта температура определяет, насколько сильно равновесие качнётся в сторону материи. Крошечный сдвиг порога в ранней Вселенной — и вот результат: галактики, звёзды и сама жизнь.

Проверить гипотезу позволит само пространство: предсказанные изменения должны оставить отчётливые, хотя и едва уловимые отпечатки на первичных гравитационных волнах — эхе первых мгновений мира. Работа, по словам соавтора Судипты Шоу, меняет картину стремительного раннего расширения Вселенной и предлагает «новое объяснение того, как победила материя». Если этот отпечаток обнаружат, частица из фонового шума превратится в главную фигуру космического зарождения, а вопрос, почему мы вообще существуем, получит самый прямой из возможных ответов.