Физики из Университета Хиросимы предложили новое решение одной из самых фундаментальных загадок космологии — почему Вселенная состоит из материи, а не из антиматерии. В основе их исследования лежит гипотеза о космических узлах, которая восходит к идее лорда Кельвина, выдвинутой в 1867 году. Тогда он предполагал, что атомы могут представлять собой узлы в эфире. Хотя эта теория была вскоре опровергнута, современные ученые считают, что ее переосмысление может объяснить загадочный дисбаланс между материей и антиматерией.
Согласно стандартной модели, Большой Взрыв должен был создать равное количество частиц материи и антиматерии, которые затем аннигилировали бы, оставив после себя лишь излучение. Однако наблюдения показывают, что на каждый миллиард пар частиц и античастиц выжила одна частица материи, что и позволило сформироваться всему видимому веществу во Вселенной — от атомов до галактик.
Японские физики во главе с профессором Мунето Нитта объединили две теоретические концепции: калиброванную симметрию «Барионное число минус лептонное число» (B-L) и симметрию Пеккеи–Квинна (PQ). Это позволило предположить, что в самой ранней Вселенной в результате фазовых переходов могли возникать топологически стабильные образования — «космические узлы», или солитоны. Эти узлы, представляющие собой сложные переплетения космических струн и вихрей, при коллапсе порождали немного больше материи, чем антиматерии.
Как пояснил профессор Нитта, распад этих узлов вследствие квантового туннелирования привел к образованию тяжелых правосторонних нейтрино, что в конечном итоге и обеспечило наблюдаемый перевес материи. Расчеты команды показали, что этот процесс разогрел Вселенную до энергии в 100 ГэВ, что является критическим порогом для закрепления возникшей асимметрии.
Кроме того, ученые предполагают, что коллапс космических узлов оставил уникальный след в виде гравитационных волн определенной частоты. В будущем такие обсерватории, как LISA, Cosmic Explorer и японский DECIGO, возможно, смогут зафиксировать этот «хор» гравитационных волн, что станет косвенным подтверждением предложенной теории.