Bosonul Higgs ar fi împiedicat colapsul Universului, iar asta sugerează că trăim într-un multivers

Bosonul Higgs ar fi putut preveni colapsul Universului nostru, iar proprietățile sale ar putea fi un indiciu că trăim într-un multivers de lumi paralele, sugerează o nouă teorie.

Teoria conform căreia diferite regiuni ale Universului au seturi diferite de legi ale fizicii, sugerează că doar lumile în care bosonul Higgs este mic ar supraviețui, scrie Live Science.

• Ce se întâmplă cu creierul atunci când lucrezi în echipă?
• Locul în care trăiești influențează ce greutate ai, arată un nou studiu

Dacă este adevărat, noul model ar presupune crearea de noi particule, care, la rândul lor, ar explica de ce forța nucleară (care în cele din urmă previne colapsul atomilor) pare să se supună anumitor simetrii. Și pe parcurs, ar putea ajuta la dezvăluirea naturii materiei întunecate, substanța evazivă care alcătuiește cea mai mare parte a materiei.

În 2012, Large Hadron Collider a avut o realizare cu adevărat monumentală; acest accelerator subteran de particule aflat de-a lungul graniței franco-elvețiene a detectat pentru prima dată Bosonul Higgs, o particulă care le-a scăpat fizicienilor timp de decenii.

Bosonul Higgs nu a fost așa cum l-au prezis cercetătorii

Bosonul Higgs este o piatră de temelie a Modelului Standard; această particulă conferă altor particule masa lor și creează distincția între forța nucleară slabă și forța electromagnetică.

Dar odată cu veștile bune au venit și unele rele. Higgs avea o masă de 125 gigaelectronvolți (GeV), care era cu multe ordine de mărime mai mică decât ceea se așteptau fizicienii.

Pentru a fi perfect clar, cadrul pe care fizicienii îl folosesc pentru a descrie grădina zoologică de particule subatomice, cunoscut sub numele de Modelul Standard, nu prezice de fapt valoarea masei Higgs. Pentru ca această teorie să funcționeze, numărul trebuie să fie derivat experimental.

Dar estimările i-au făcut pe fizicieni să ghicească că Higgs ar avea o masă incredibil de mare. Așa că a apărut întrebarea: de ce are Bosonul Higgs o masă atât de mică?

Niciun fenomen natural cunoscut nu ar trebui să impună această simetrie

Într-o altă problemă, care inițial nu părea să aibă legătură, forța nucleară nu se comportă exact așa cum prezice Modelul Standard. În matematica pe care o folosesc fizicienii pentru a descrie interacțiunile de înaltă energie există anumite simetrii.

De exemplu, există simetria sarcinii (schimbați toate sarcinile electrice dintr-o interacțiune și totul funcționează la fel), simetria timpului (realizați o reacție inversă și nimic nu se schimbă) și simetria parității (priviți o interacțiune „în oglindă” și arată la fel).

În toate experimentele efectuate până în prezent, forța nucleară pare să se supună simetriei combinate atât a inversării sarcinii, cât și a inversării parității. Dar matematica forței nucleare nu arată aceeași simetrie. Niciun fenomen natural cunoscut nu ar trebui să impună această simetrie și, totuși, natura pare să i se supună. De ce?

Cum a fost oprită prăbușirea Universului nostru?

O pereche de teoreticieni, Raffaele Tito D’Agnolo, de la Comisia Franceză pentru Energii Alternative și Energie Atomică (CEA) și Daniele Teresi, de la CERN, au considerat că aceste două probleme ar putea fi legate. Într-o lucrare publicată pe 12 ianuarie în Physical Review Letters, ei și-au prezentat soluția pentru cele două enigme.

Așadar, cum au explicat cercetătorii faptul că, în cele din urmă, colapsul Universului nostru nu s-a petrecut?

Ei au invocat o idee numită multivers, care se naște dintr-o teorie numită inflație. Teoria inflației (sau a expansiunii) Universului spune că, în primele zile ale Big Bang, cosmosul nostru a trecut printr-o perioadă de expansiune extrem de intensă, dublându-și dimensiunea la fiecare miliardime de secundă.

Fizicienii nu sunt exact siguri ce anume a determinat inflația sau cum a funcționat, dar o consecință a ideii de bază este că Universul nostru nu a încetat niciodată să crească. În schimb, ceea ce numim „Universul nostru” este doar un mic petic dintr-un cosmos mult mai mare care se umflă constant și rapid și din care apar universuri noi.

Diferite regiuni ale acestui „multivers” vor avea valori diferite ale masei Bosonului Higgs. Cercetătorii au descoperit că universurile cu o masă mare Higgs se vor prăbuși în mod catastrofal înainte să apuce să se extindă. Doar regiunile multiversului care au mase Higgs scăzute supraviețuiesc și au rate de expansiune stabile, fapt ce duce la dezvoltarea galaxiilor, stelelor, planetelor și, în cele din urmă, a acceleratoarelor de particule foarte puternice.

Pentru a face un multivers cu mase Higgs diferite, echipa a trebuit să introducă încă două particule în amestec. Aceste particule ar fi noi completări la modelul standard. Interacțiunile acestor două noi particule stabilesc masa lui Higgs în diferite regiuni ale multiversului.

Iar acele două noi particule sunt capabile să facă și alte lucruri.

Teoria nu a fost încă testată

Particulele nou propuse modifică forța nucleară, ducând la simetria sarcină-paritate care există în natură. Acestea ar acționa foarte asemănător cu axionul, o altă particulă ipotetică care a fost introdusă în încercarea de a explica natura forței nucleare.

Noile particule nu au un rol limitat la Universul timpuriu. S-ar putea să mai existe și în cosmosul de astăzi. Dacă una dintre masele lor este suficient de mică, ar fi putut evita detectarea în experimentele cu acceleratoare de particule, dar ar putea totuși să plutească în jurul nostru.

Cu alte cuvinte, una dintre aceste noi particule ar putea fi responsabilă pentru materia întunecată, acel lucru invizibil care reprezintă peste 85% din toată materia din Univers.

Nu vom afla răspunsul prea curând

Este o sugestie îndrăzneață: rezolvarea a două dintre cele mai mari provocări ale fizicii particulelor și, de asemenea, explicarea naturii materiei întunecate.

Însă, oricât de bine ar suna, teoria trebuie să fie testată. Modelul prezice un anumit interval de masă pentru materia întunecată, lucru pe care l-ar putea determina experimentele viitoare care sunt în căutarea materiei întunecate, cum ar fi instalația subterană Super Cryogenic Dark Matter Search.

De asemenea, teoria prezice că neutronul ar trebui să aibă o asimetrie mică, dar potențial măsurabilă a sarcinilor electrice din neutron, o diferență față de predicțiile modelului standard.

Din păcate, va trebui să mai așteptăm până atunci. Fiecare dintre aceste măsurători va dura ani, dacă nu chiar decenii, pentru a respinge definitiv sau a susține noua idee.

Vă recomandăm să citiți și:

O lucrare științifică testează o teorie a lui Stephen Hawking despre materia întunecată și găurile negre

„Cărămizile vieții” se pot forma în norii interstelari, cu mult înaintea stelelor și planetelor

Criză în cosmologie. Universul se extinde mai repede decât arată modelele teoretice

Câmpul magnetic al Soarelui este mai puternic decât se credea anterior