|
Как объяснить барионную асимметрию Вселенной
|
|
|
|
Стандартная модель (SM), основная физическая модель, описывающая элементарные частицы и движущие ими силы, описывает ключевые закономерности физических взаимодействий, называемые калибровочными симметриями. Одной из симметрий, которые он описывает, является так называемый гиперзаряд U(1)Y: калибровочная симметрия, которая вносит вклад в электрический заряд частиц до того, как электромагнитные и слабые взаимодействия станут различимыми (т.е. до электрослабого фазового перехода).
|
|
|
|
Исследователи из факультета теоретической физики Автономного университета Мадрида (DFT) и Института теоретической физики (IFT) недавно провели исследование, в котором выясняли, как условия, существовавшие в ранней Вселенной, могли привести к спонтанному нарушению калибровочной симметрии, связывая это явление с определенными моделями генерации массы нейтрино, известными как радиационная масса нейтрино. модели. Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, в частности, опирается на теоретическую основу, называемую моделью Зи-Бабу, которая является продолжением модели SM, объясняющей генерацию массы нейтрино.
|
|
|
|
"В SM спонтанно нарушенная электрослабая калибровочная симметрия, которая управляет электромагнитными и слабыми взаимодействиями в природе, была восстановлена в первые мгновения существования Вселенной, когда температура Вселенной была выше уровня электрослабой энергии", - говорит профессор Дж. Хосе Мигель Но, Лука Мерло, Альваро Лосано-Онрубиа и Серхио Лопес-Сурдо рассказали Phys.org.
|
|
|
|
|
|
|
"За последние несколько лет один из нас (проф. Нет) изучает возможность того, что эта симметрия могла оставаться нарушенной в ранней Вселенной, поскольку это могло иметь важные последствия для происхождения первичной асимметрии материи и антиматерии (так называемой "барионной асимметрии Вселенной"). Тем не менее, было очень трудно найти расширения SM, которые обладали бы таким эффектом".
|
|
|
|
Во время участия в семинаре теоретической физики в Мюнхене, профессор Не приступили к обсуждению феноменологии физики частиц некоторых моделей, которые генерируют массы для нейтрино см с профессором. Калади бабу из Государственного Университета Оклахомы. Профессор Бабу, мировой эксперт по этим системам, известным как модели массы радиационных нейтрино, предложил ценную информацию, которая проложила путь к настоящему исследованию команды.
|
|
|
|
"Этот разговор привел к осознанию того, что такие модели содержат необходимые компоненты для поддержания калибровочной симметрии гиперзаряда — одной из двух симметрий, составляющих электрослабую калибровочную симметрию, — нарушаемой при очень высоких температурах", - сказали исследователи.
|
|
|
|
"Вернувшись в IFT в Мадриде, мы все собрались вместе и подтвердили, что эти модели массы нейтрино могут описывать разрушение гиперзарядов ранней Вселенной, что потенциально открывает новый взгляд на связь между массами нейтрино и барионной асимметрией".
|
|
|
|
У SM есть простой скалярный сектор, который содержит только поле Хиггса, ответственное за формирование массы массивных частиц, описываемых моделью. Этот простой скалярный сектор предполагает, что Вселенная имеет довольно простую тепловую историю, при этом калибровочные симметрии SM точны при высоких температурах. Тем не менее, электрослабая симметрия самопроизвольно нарушается при низких температурах, и это явление хорошо доказано экспериментально.
|
|
|
|
"Однако в некоторых расширениях SM с более богатым скалярным сектором тепловая история Вселенной была бы более сложной", - объясняют Но, Мерло, Лозано-Онрубиа и Лопес-Сурдо. "В частности, мы показали, что в расширениях, где этот более богатый скалярный сектор связан с генерацией масс нейтрино, калибровочная симметрия гиперзарядов SM действительно может нарушаться при высоких температурах, в то время как в SM это не так".
|
|
|
|
Исследователи показали, что нарушение симметрии гиперзарядов в Ранней Вселенной может объяснить наблюдаемый дисбаланс между веществом и антивеществом во Вселенной, который известен как проблема барионной асимметрии. В своей статье Но, Мерло, Лозано-Онрубиа и Лопес-Сурдо описывают нетрадиционный механизм, который мог бы способствовать формированию современной вселенной, в которой преобладает материя.
|
|
|
|
"Прежде всего, наше исследование подчеркивает важность учета квантового вклада в эти анализы, поскольку наши результаты в решающей степени зависят от их правильного учета", - сказали исследователи.
|
|
|
|
"Мы показали, что модели физики элементарных частиц с неминимальным скалярным сектором являются очень многообещающими сценариями для одновременного объяснения нескольких нерешенных проблем SM, в нашем случае происхождения масс нейтрино и генерации барионной асимметрии Вселенной".
|
|
|
|
Недавняя работа этой исследовательской группы может вскоре открыть интересные возможности для изучения физики нейтрино и происхождения материи. В будущем это может способствовать разработке альтернативных моделей Вселенной, которые лучше объяснят асимметрию вещества и антиматерии.
|
|
|
|
"В то же время наша работа открывает путь для альтернативных, новых способов объяснения происхождения барионной асимметрии Вселенной, которая в конечном итоге приводит к самому нашему существованию", - говорят исследователи.
|
|
|
|
Недавние исследования, проведенные Но, Мерло, Лозано-Онрубиа и Лопесом-Сурдо, конкретно применимы к конкретной теоретической структуре генерации массы нейтрино, известной как модель Зи-Бабу. В рамках своего текущего исследования исследователи пытаются определить, применимы ли их результаты только к этой модели или могут быть распространены на более широкий спектр теорий, описывающих богатые скалярные сектора.
|
|
|
|
"Более того, это явление "нарушения обратной симметрии" (когда определенная симметрия, которая, как считалось, была точной в ранней Вселенной, на самом деле была нарушена тогда) может обеспечить решение других проблем SM, таких как проблема "сильного CP" - почему сильные взаимодействия кажутся сохраняйте дискретную CP-симметрию", - добавили исследователи. "Это возможность, которую мы изучаем в ходе дальнейшего анализа, который мы проводим".
|
|
|
|
Источник
|
