La ora actuală în Univers nu există, din câte știm, antimaterie; stelele, planetele, galaxiile sunt compuse doar din materie. Se crede însă că imediat după Big Bang ar fi existat cantități egale de materie și antimaterie. Unde a dispărut cea din urmă? O nouă teorie sugerează cum că în primele clipe de viață ale Universului în ciocniri la energii extreme ar fi luat naștere neutrini speciali (nu cei pe care îi cunoaștem) care prin interacțiunile lor cu particulele din Univers ar fi dus la dispariția antimateriei într-un proces care se numește leptogeneză.

Antimateria

Antimateria este alcătuită din așa-numitele antiparticule; adică particule asemănătoare cu cele pe care le cunoaștem și care fac parte din Modelul Standard al fizicii particulelor elementare, dar care au sarcină electrică opusă. Electronul, de exemplu, are ca antiparticulă antielectronul (numit și pozitron) cu sarcina electrică pozitivă (și aceeași masă și spin ca electronul). Antiprotonii, compuși din antiquarkuri, au sarcina electrică negativă. În Univers totuși nu vedem antimaterie (decât în urma interacțiunii razelor cosmice sau la acceleratoarele de particule).

Misterul dispariției antimateriei din Univers

Se crede – modelul cosmologic actual – cum că imediat după Big Bang ar fi existat cantități egale de particule și antiparticule. Acestea s-ar fi anihilat lăsând în urmă doar fotoni – un Univers de „lumină”. Totuși, noi trăim într-un Univers compus doar din materie – care formează structuri precum galaxiile. Nu există – din câte știm – antimaterie în Univers. Cum de a dispărut aceasta? Experimente efectuate la acceleratoare de particule au demonstrat că legile din lumea materiei și cele din lumea antimateriei sunt puțin diferite (asimetrie) – această diferență ar fi dus la dispariția antimateriei. Când însă se fac calculele diferența cunoscută dintre aceste legi nu justifică dispariția antimateriei într-o cantitate care să lase să supraviețuiască materia pe care o observăm la ora actuală. Oamenii de știință sunt în căutarea unor noi mecanisme care să contribuie la „uciderea” antimateriei.

Acceleratoare cosmice și neutrinul extrem de greu

Un nou studiu al cărui rezultat a fost recent publicat în revista Physical Review Letters pornește de la așa-numita expansiune accelerată a Universului în primele sale clipe. Adică de la inflație. Aceasta ar reprezenta o perioadă (extrem de scurtă) în care expansiunea Universului a avut loc cu o viteză amețitoare – mult mai mare ca cea a luminii (ceea ce nu este o contradicție întrucât formula lui Einstein pune o limită asupra vitezei de propagare în spațiu și nu asupra vitezei de „generare” a spațiului însuși prin expansiunea Universului). În această scurtă perioadă de timp particulele din Univers s-ar fi ciocnit la energii extreme – de miliarde de ori mai mari ca cele de la acceleratorul LHC de la CERN. În urma acestor ciocniri s-ar fi produs neutrini cu chiralitate dreaptă cu masă extrem de mare (pe care încă nimeni nu i-a văzut și de fapt nu știm dacă există). Aceștia printr-un mecanism denumit leptogeneză generează o rupere a simetriei dintre particule și antiparticule care, pe scurt, ar fi dus la dispariția antimateriei din Univers.

Cum am putea verifica?

Ținând cont că energia proceselor de ciocnire din eventuala perioadă a inflației este mult mai mare decât cea de la orice accelerator terestru, nu putem verifica – cel puțin la ora actuală – în mod direct acest mecanism. Am putea însă să îl verificăm, susțin cercetătorii, în mod indirect: prin amprentele lăsate de acest proces în structurile de la ora actuală – adică în distribuția galaxiilor  rezultate în urma expansiunii Universului. Ar putea exista inclusiv urme în radiația de fond a Universului. În viitoare observații ale Universului acestea ar putea fi descoperite. Ar fi extrem de interesant să aflăm ce anume a ucis antimateria din Univers în primele clipe de existență ale acestuia.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe