Гравитационные волны могут стать ключом к ответу на вопрос, почему после Большого взрыва осталось больше материи

 Команда исследователей-теоретиков обнаружила, что возможность определения Q-шаров в гравитационных волнах и само их определение могло бы ответить на вопрос: почему после Большого взрыва осталось больше материи, чем антиматерии?

Об этом говорится в пресс-релизе Физико-математического института Вселенной имени Кавли (Kavli IPMU).

Причина существования людей состоит в том, что в какой-то момент первой секунды существования Вселенной каким-то образом было произведено больше материи, чем антиматерии. Асимметрия настолько мала, что всякий раз, когда производилось десять миллиардов частиц антиматерии, образовывалась только одна дополнительная частица материи. Проблема в том, что, хотя эта асимметрия невелика, современные теории физики не могут ее объяснить. Фактически стандартные теории утверждают, что материя и антиматерия должны были производиться в одинаковых количествах, но существование людей, Земли и всего прочего во Вселенной доказывает, что должно существовать больше неоткрытой физики.

Сейчас популярной идеей исследователей является то, что эта асимметрия возникла сразу после инфляции, периода ранней Вселенной, когда происходило очень быстрое расширение. Сгусток поля мог растянуться за горизонт, чтобы эволюционировать и фрагментироваться таким образом, чтобы создать асимметрию.

Но проверить эту парадигму напрямую было трудно, даже используя самые большие ускорители частиц в мире, поскольку привлеченная энергия в миллиарды-триллионы раз превышает что угодно, что люди могут производить на Земле.

Теперь группа исследователей из Японии и США, включая исследователя проекта из Института физики и математики Вселенной Кавли Грэма Уайта и приглашенного старшего ученого Александра Кусенко, который также является профессором физики и астрономии в UCLA, нашли новый способ проверить это предложение с помощью сгустков поля, известных как Q-шары.

Природу Q-шаров немного сложно понять, но это бозоны, как бозон Хиггса, объясняет Грэм Уайт, ведущий автор и исследователь проекта в Kavli IPMU.

"Частичка Хиггса существует, когда поле Хиггса возбуждено. Но поле Хиггса может делать другие вещи, например образовывать сгустки. Если у вас есть поле, которое очень похоже на поле Хиггса, но оно имеет какой-то заряд – не электрический заряд, но какой-то заряд – тогда один сгусток имеет заряд как одна частица. Поскольку заряд не может просто исчезнуть, поле должно решить в каком виде быть: частиц или сгустков. Если меньшая энергия, чтобы быть в сгустках, чем в частицах, тогда поле так и сделает. Куча сгустков, коагулирующих вместе, образуют Q-шар».

«Мы утверждаем, что очень часто эти капли поля, известные как Q-шары, остаются на некоторое время. Эти Q-шары разбавляются медленнее, чем фоновое излучение, поскольку Вселенная расширяется, пока, в конце концов, большинство энергии во Вселенной не находится в этих шариках. Между тем, когда эти капли доминируют, начинают расти незначительные флуктуации плотности радиационного супа. Когда Q-шары распадаются, их распад настолько внезапный и быстрый, что колебания в плазме превращаются в сильные звуковые волны, что приводит к поразительным ряби в пространстве и времени, известных как гравитационные волны, которые можно будет обнаружить в течение следующих нескольких десятилетий. Прелесть поиска гравитационных волн состоит в том, что Вселенная полностью прозрачна для гравитационных волн вплоть до самого начала», – сказал Уайт.

Исследователи также обнаружили, что условия для создания этой ряби очень распространены, и результирующие гравитационные волны должны быть достаточно большими и достаточно низкой частотой, чтобы их можно было обнаружить обычными детекторами гравитационных волн.

«Если асимметрия была создана именно так, то почти наверняка мы вскоре обнаружим сигнал с начала времен, подтверждающий эту теорию о том, почему мы и остальной мир материи вообще существуем», – сказал Уайт.

Детали их исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters 27 октября.