پژوهشگران با کشف یک ذره گمشده که دهه‌ها نادیده گرفته شده بود، اکنون معتقدند که ممکن است سرنوشت کیهان و بقای ماده پس از مهبانگ را توضیح دهد.

چرا جهان مملو از ماده است و نه خلأ کامل؟ این سوال از دیرباز ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است. نظریه‌های موجود حاکی از آن است که در لحظات اولیهمهبانگماده و پادماده به میزان تقریباً یکسانی تولید شده‌اند که می‌توانستند یکدیگر را نابود کرده و اثری از خود باقی نگذارند. اکنون، دانشمندان پاسخی شگفت‌انگیز برای این معما یافته‌اند که می‌تواند بنیادی‌ترین رازهای هستی را برملا کند.

نقش قدرتمند یک ذره نادیده‌گرفته‌شده در کیهان اولیه

تیمی از محققان دانشگاه ساوت‌همپتون و موسسه فناوری هند کانپور بر روی نوعی ذره به نام نوترینوی سنگین جداشده (decoupled heavy neutrino) متمرکز شده‌اند. این خویشاوند فرضی و سنگین‌تر نوترینو، به دلیل تعامل بسیار ضعیف با سایر ذرات، برای دهه‌ها از سوی فیزیکدانان نادیده گرفته شده و بی‌اهمیت تلقی می‌شد.

با این حال، محققان دریافتند که طول عمر غیرمعمولاً بالای این ذره می‌توانسته آن را بسیار مهم‌تر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، کند. بر اساس محاسبات آن‌ها، این ذره ممکن است به اندازه کافی عمر کرده باشد تا در زمان سرد شدن کیهان پس از مهبانگ، برای مدتی کوتاه بر چگالی انرژی جهان مسلط شود.

دکتر ریشاو روشن، از نویسندگان این مطالعه از دانشگاه ساوت‌همپتون، توضیح داد که این نوترینوی سنگین جداشده مدت‌هاست که به عنوان جزئیاتی بی‌ربط در فیزیک ذرات کنار گذاشته شده است. با این حال، واپاشی آن به طرز باورنکردنی آهسته است. با سرد شدن کیهان پس از مهبانگ، این ذره آن‌قدر عمر کرد که موقتاً بر چگالی انرژی جهان تسلط یافت و دوره‌ای را رقم زد که ماده در آن غالب شد.

• جهان توسط یک پدیده کوانتومی عجیب در جای خود قفل شده است
• جیمز وب لکه‌های قرمز رنگ عجیبی را در جهان اولیه دید!
• قبل از بیگ بنگ وضعیت جهان چگونه بوده است؟
• هر لحظه چند ذره کیهانی از بدن شما عبور می‌کند؟

این یافته‌ها در تاریخ ۱ نوامبر ۲۰۲۶ (۱۱ آبان ۱۴۰۵) در نشریه معتبر Physical Review Letters منتشر شده است. این دوره کوتاه غلبه نوترینوی سنگین می‌توانست نحوه تکامل کیهان اولیه را تغییر داده و بر شرایطی تأثیر بگذارد که در نهایت به غلبه ماده بر پادماده منجر شد.

چگونه نوترینوی سنگین بقای ماده را تضمین کرد؟

تلاش‌های پیشین برای توضیح غلبه ماده بر پادماده، معمولاًنوترینوسنگین جداشده را در نظر نمی‌گرفتند. تصور می‌شد که به دلیل تعامل بسیار ضعیف با سایر ذرات، تأثیر اندکی بر فرآیندهای ایجاد عدم تعادل دارد. اما پژوهش جدید این فرضیه را به چالش می‌کشد. تیم تحقیقاتی دریافت که حتی ذره‌ای با تعاملات فوق‌العاده ضعیف نیز می‌تواند به‌طور غیرمستقیم بر شرایطی تأثیر بگذارد که ماده برتری حیاتی خود را به دست آورد.

دکتر روشن افزود، این واقعیت که ما اینجا هستیم، ثابت می‌کند که عدم تقارن میان ماده و پادماده رخ داده است. نوترینوی جداشده دمای اولیه کیهان را که در آن ذرات بنیادی – مانند الکترون‌ها و سایر لپتون‌ها – با پادذرات خود با کمک بوزون هیگز مدل استاندارد تعامل داشتند، تغییر داد. این دما مانند یک سوئیچ عمل می‌کند که شکل‌گیری عدم تعادل ماده و پادماده را تعیین می‌کند.

در سناریوی پیشنهادی محققان، نوترینوی سنگین شرایط دمایی حاکم بر تعاملات مهم ذرات شامل بوزون هیگز (Higgs boson) را تغییر داد. با تغییر زمان وقوع این تعاملات، این ذره توانسته بر چگونگی توسعه عدم تعادل بین ماده و پادماده تأثیر بگذارد. به عبارت دیگر، چیزی که مدت‌ها بی‌اهمیت تلقی می‌شد، ممکن است به تعیین دلیل وجود ماده در جهان کمک کرده باشد.

امواج گرانشی باستانی؛ شاهدی بر وجود ذره گمشده؟

این نظریه می‌تواند پیامدهای مهمی برای درک چگونگی انبساط جهان در مراحل اولیه خود داشته باشد. دکتر سودیپتا شو، از نویسندگان این مطالعه از موسسه فناوری هند کانپور، اظهار داشت که یافته‌ها نشان می‌دهدذره گمشدهممکن است به طرز چشمگیری تاریخچه انبساط کیهان جوان را تغییر داده باشد.

• نظریه بیگ بنگ توسط دانشمند ایرانی به چالش کشیده شد
• انفجاری در اعماق کیهان ۲۷ روز خاموش نشد؛ دانشمندان دنبال پاسخ‌اند
• بزرگ‌ترین نقشه دوبعدی جهان از کیهان با ۵.۶ تریلیون پیکسل و نزدیک به ۴ میلیارد جرم کیهانی ساخته شد

او اضافه کرد که این نظریه توضیح جدیدی برای چگونگی پیروزی ماده ارائه می‌دهد. تغییر چشمگیر در انبساط اولیه کیهان، آثار مشخص اما قابل تشخیصی از تغییرات را بر جا می‌گذارد؛ برای مثال بر امواج گرانشی اولیه. این امضاهای امواج گرانشی، راه‌های جدیدی را برای ما می‌گشایند تا تکاملکیهاناولیه پس از مهبانگ را کشف کنیم.

امواج گرانشی، چین‌خوردگی‌هایی در تاروپود فضا-زمان هستند. دانشمندان معتقدند که فرآیندهای موجود در کیهان فوق‌العاده اولیه ممکن است امواج گرانشی بدوی تولید کرده باشند که اطلاعاتی درباره شرایط آن دوران دور را حمل می‌کنند. بر اساس نظریه جدید، غلبه موقت نوترینوی سنگین می‌توانسته نشانه‌های قابل تشخیصی در این سیگنال‌های باستانی بر جای بگذارد. کشف چنین الگوهایی در نهایت می‌تواند راهی برای بررسی این موضوع فراهم کند که آیا ذره پیشنهادی واقعاً بر اولین تکامل کیهان تأثیر گذاشته است. این توضیح هنوز در حد نظریه باقی مانده است، اما به فیزیکدانان امکان جدیدی برای حل یکی از عمیق‌ترین اسرار کیهان‌شناسی را ارائه می‌دهد.