Eine neue Studie könnte helfen, eines der größten Rätsel des Universums zu lösen: Warum gibt es mehr Materie als Antimaterie? Diese Antwort könnte wiederum erklären, warum alles von Atomen bis zu Schwarzen Löchern existiert.
Vor Milliarden von Jahren, kurz nach dem Urknall, dehnte die kosmische Inflation den winzigen Samen unseres Universums aus und wandelte Energie in Materie um. Die Physiker glauben, dass die Inflation anfangs die gleiche Menge an Materie und Antimaterie erzeugt hat, die sich bei Kontakt gegenseitig vernichten. Aber dann passierte etwas, das die Waage zugunsten der Materie kippte und alles, was wir sehen und berühren können, entstehen ließ - und eine neue Studie legt nahe, dass die Erklärung in sehr kleinen Wellen in der Raumzeit verborgen ist.
"Wenn Sie nur mit einer gleichen Komponente aus Materie und Antimaterie beginnen, haben Sie am Ende einfach nichts", sagte Antimaterie und Materie gleich, aber entgegengesetzt geladen, sagte der leitende Studienautor Jeff Dror, ein Postdoktorand an der University of California , Berkeley und Physikforscher am Lawrence Berkeley National Laboratory. "Alles würde nur vernichten."
Offensichtlich hat nicht alles vernichtet, aber die Forscher sind sich nicht sicher, warum. Die Antwort könnte sehr seltsame Elementarteilchen beinhalten, die als Neutrinos bekannt sind, die keine elektrische Ladung haben und entweder als Materie oder Antimaterie wirken können.
Eine Idee ist, dass sich das Universum etwa eine Million Jahre nach dem Urknall abkühlte und einen Phasenübergang durchlief, ein Ereignis ähnlich dem, wie kochendes Wasser Flüssigkeit in Gas verwandelt. Dieser Phasenwechsel veranlasste zerfallende Neutrinos, mehr Materie als Antimaterie um eine "kleine, kleine Menge" zu erzeugen, sagte Dror. Aber "es gibt keine sehr einfachen - oder fast keine - Möglichkeiten, zu untersuchen und zu verstehen, ob es tatsächlich im frühen Universum aufgetreten ist."
Aber Dror und sein Team haben durch theoretische Modelle und Berechnungen herausgefunden, wie wir diesen Phasenübergang sehen können. Sie schlugen vor, dass die Veränderung extrem lange und extrem dünne Energiefäden erzeugt hätte, die als "kosmische Ketten" bezeichnet werden und das Universum immer noch durchdringen.
Dror und sein Team erkannten, dass diese kosmischen Ketten höchstwahrscheinlich sehr leichte Wellen in der Raumzeit erzeugen würden, die als Gravitationswellen bezeichnet werden. Erkennen Sie diese Gravitationswellen und wir können herausfinden, ob diese Theorie wahr ist.
Die stärksten Gravitationswellen in unserem Universum treten auf, wenn eine Supernova oder Sternexplosion auftritt. wenn sich zwei große Sterne umkreisen; oder wenn laut NASA zwei schwarze Löcher verschmelzen. Die vorgeschlagenen Gravitationswellen, die durch kosmische Saiten verursacht werden, wären jedoch viel winziger als die, die unsere Instrumente zuvor entdeckt haben.
Als das Team diesen hypothetischen Phasenübergang unter verschiedenen Temperaturbedingungen modellierte, die während dieses Phasenübergangs hätten auftreten können, machten sie eine ermutigende Entdeckung: In allen Fällen würden kosmische Strings Gravitationswellen erzeugen, die von zukünftigen Observatorien wie dem Laserinterferometer-Weltraumantenne (LISA) der Europäischen Weltraumorganisation und vorgeschlagener Urknallbeobachter sowie Deci-Hertz-Interferometer-Gravitationswellenobservatorium (DECIGO) der Japan Aerospace Exploration Agency.
"Wenn diese Saiten in ausreichend hohen Energieskalen hergestellt werden, erzeugen sie tatsächlich Gravitationswellen, die von geplanten Observatorien erfasst werden können", sagte Tanmay Vachaspati, ein theoretischer Physiker an der Arizona State University, der nicht Teil der Studie war, gegenüber Live Science.
Die Ergebnisse wurden am 28. Januar in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde aktualisiert, um die für LISA zuständigen Organisationen zu korrigieren. Es wird von der Europäischen Weltraumorganisation und nicht von der NASA betrieben, die an dem Projekt mitarbeitet.
