Ученые: гравитационные волны могут объяснить, куда пропало антивещество во Вселенной
Наблюдаемая барионная асимметрия Вселенной, при которой обычная материя явно доминирует над антиматерией, может быть следствием изначальной фрагментации Вселенной на области, заполненные разными типами вещества, ставшими затем недоступными для наблюдений — ушедшими за «горизонт событий» сразу после периода первоначальной инфляции — раздувания Вселенной. Проверить это предположение теоретики из США и Японии предложили с помощью анализа гравитационных волн, в которых должны остаться следы Q-шаров, сгустков большого количества бозонов, устойчивых к разделению на более мелкие сгустки, так как они являются наиболее энергетически выгодной конфигурацией для определенного количества частиц. Статья об этом опубликована в журнале Physical Review Letters.
Причина существования привычного мира (или наблюдаемой части мира) заключается в том, что в первые доли секунды существования Вселенной каким-то образом было произведено чуть больше вещества, чем антивещества. Эта асимметрия вещества и антивещества была настолько ничтожной, что лишь одна дополнительная частица материи производилась на десять миллиардов пар частиц материи и антиматерии. Проблема в том, что, хотя эта асимметрия и невелика, современные физические теории не могут объяснить, откуда она все-таки проявилась. Фактически стандартные теории говорят лишь о том, что материя и антиматерия должны были возникать в абсолютно равных количествах, однако существование людей, Земли и всего прочего во Вселенной доказывает, что действовал какой-то дополнительный фактор еще неоткрытой физики.
В настоящее время многие исследователи разделяют популярную идею о том, что эта асимметрия возникла сразу после инфляции — периода ранней Вселенной, при которой происходило очень быстрое расширение самого пространства со сверхсветовыми скоростями. Какие-то сгустки поля могли в этот момент оказаться за «горизонтом событий», и тогда фрагментация доставшейся человечеству части Вселенной произошла с сохранением именно наблюдаемой асимметрии. Однако проверить напрямую эту теорию чрезвычайно сложно даже с использованием крупнейших современных ускорителей элементарных частиц, поскольку задействованная энергия в миллиарды или триллионы раз превышает то, что можно воспроизвести на Земле.
Теперь группа исследователей из Японии и США, включая Грэма Уайта, исследователя из японского Физико-математического института имени Кавли, и Александра Кусенко, профессора физики и астрономии из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, предложила новый способ проверить это предложение, используя капли поля, известные как Q-шары. В какой-то момент расширения Вселенной большая часть ее энергии должна была сосредоточиться в этих сгустках Q-шаров, а когда Q-шары распадались, это происходило настолько внезапно и быстро, что флуктуации в плазме превращались в мощные звуковые волны, которые приводили к сильным колебаниям в пространстве и времени, сохранившимся в гравитационных волнах. Эти волны, для которых Вселенная оставалась полностью прозрачна с самого начала своего существования, до сих пор можно еще обнаружить. По расчетам исследователей, эти гравитационные волны должны обладать достаточно большой амплитудой и достаточно низкой частотой для того, чтобы их можно было зарегистрировать обычными детекторами гравитационных волн.