Evren madde ve antimadde arasındaki büyük bir dengesizlikten oluşur. Antimadde ve madde gerçekte aynıdır, ancak karşıt yükleri vardır, yıldızlar ve diğer galaksiler dahil, gözlemlenebilir evrende neredeyse hiç antimadde yoktur. Teoride, büyük miktarda antimadde bulunmalıdır, ancak gözlemlenebilir evrende durum öyle değildir.
Kuarklar, elektronlar, Higgs bozonu partikülü ve bunların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini açıklar. Ancak standart model, dünyanın neredeyse yalnızca maddeden oluştuğu gerçeğini açıklayamamaktadır. Yani henüz anlamadığımız bir şey olmalı. Antimadde ve madde birleştiğinde, yok olurlar. Eşit miktarda madde ve antimadde verildiğinde, reaksiyon tamamlandıktan sonra hiçbir şey kalmayacaktı.
Neden daha fazla maddenin olduğunu bilmediğimiz sürece, başka bir şeyin de yapı taşlarının neden var olduğunu bilemeyiz. Andersen, “Bu fizikteki çözülmemiş en büyük sorunlardan biri” diyor. Araştırmacılar buna “baryon asimetrisi” problemi diyorlar. Baryonlar, protonlar ve nötronlar dahil olmak üzere atom altı parçacıklardır.
Tüm baryonlarda, gizemli bir şekilde nadir görülen, karşılık gelen bir antibaryon bulunur. Standart fizik modeli, doğa güçlerinin birkaç yönünü açıklar. Atomların nasıl molekül haline geldiğini açıklar ve atomları oluşturan parçacıkları açıklar. “Standart fizik modeli, bildiğimiz tüm parçacıkları içerir.
En yeni parçacık, Higgs bozonu, 2012’de CERN’de keşfedildi, Andersen diyor. Bu keşifle birlikte, önemli bir parça düştü. Ama sonuncusu değil. Standart model, evrenin geniş kısımlarını açıklamak için mükemmel çalışır, bu nedenle araştırmacılar bir şey uymadığında meraklanırlar. Baryon asimetrisi bu kategoriye girer. Fizikçiler neden daha fazla maddenin olduğu ve dolayısıyla inkar edilemez bir şekilde var olduğumuz teorilerine sahiptir.
Andersen, “Bir teori, Büyük Patlama’dan bu yana böyle olmasından kaynaklanıyor” diyor. Başka bir deyişle, madde ve antimadde arasındaki dengesizlik, başından beri aşağı yukarı var olan temel bir önkoşuldur. Kuarklar doğanın en küçük yapı taşları arasındadır. Antikalara kıyasla kuarkların erken bir fazlası, daha büyük birimler oluşurken çoğaldı. Ancak Andersen bu açıklamayı umursamıyor.
“Biz hala bu fikirden memnun değiliz, çünkü bize pek bir şey anlatmıyor” diyor. Peki neden bu dengesizlik baştan beri mevcuttu? Neden kuarklar başlangıçta antika değerlerinden sayıca azdı? Andersen, “Prensip olarak, standart fizik modelinde asimetri oluşturmak mümkündür – yani madde miktarı ve antimadde arasındaki fark.” Ancak iki sorunla karşı karşıyayız ”diyor. Her şeyden önce, bilim adamları zaman içinde geriye gitmek zorunda, her şey başladığında Büyük Patlama’dan hemen sonraya gitmek zorundayız – biz 10 pikosaniyeden veya Büyük Patlama’dan 10 ila 11 saniye sonrasını konuşuyoruz.
İkinci sorun, sıcaklıkların yaklaşık 1 trilyon derece Kelvin veya 10-15 derece olması gerektiğidir. Bu kavurucu – güneşin yüzeyinin sadece 5700 derece olduğunu düşünün. Ne olursa olsun, baryonik meseleyi açıklamak yeterli değildir. Andersen, “Çalışamıyor. Standart modelde, yeterince sorunumuz yok” diyor. “Sorun, Higgs alanının beklenti değerinde atlamanın çok küçük olması” diye ekliyor, sadece asgari fizik bilgisine sahip olanlar için bir avantaj. Andersen “Muhtemelen sadece sınırlama getiren hayal gücümüz değil, birçok olanak var” diyor Andersen.
Bu nedenle, bu olasılıkların standart modelle birlikte çalışması gerekir. “Aradığımız şey standart modelin bir uzantısı. Ona uyan bir şey.” Ne o, ne de diğer fizikçiler standart modelin doğru olduğundan kuşku duymazlar. Model CERN ve diğer parçacık hızlandırıcılarda sürekli olarak test edilir. Sadece model henüz tamamlanmadı. Andersen ve arkadaşları, modelin madde ve antimadde arasındaki dengesizliğe uyması için çeşitli olasılıkları araştırıyorlar. Son sonuçlar yakın zamanda Fiziksel İnceleme Mektuplarında yayınlandı.
Andersen “Aslında, faz geçişlerinden bahsediyoruz ” diyor. Onun grubu, değişen koşullar altında, buhara veya buza dönüşen su gibi, maddenin değişim süreçlerini düşünüyor. Maddenin bir elektroweak faz geçişi (EWPT) sonucu ortaya çıkıp çıkmadığını ve Büyük Patlama’dan hemen sonra bir miktar bariyer artığı oluşturduğunu da düşünüyorlar. Elektroweak faz geçişi, kabarcık oluşumu ile gerçekleşir.
Yeni evre biraz su kabarcıkları gibi genişler ve tüm evreni devralır. Andersen ve meslektaşları, standart modelin en basit uzantılarından biri olan “iki Higgs çiftli” modelini (2HDM) test etti. Madde oluşturmak için doğru koşulların mevcut olduğu olası alanları araştırdılar. Andersen, “Baryon asimetrisinin nasıl yaratıldığına dair çeşitli senaryolar var. 2HDM modelini kullanarak elektirikli faz geçişini inceledik. Bu faz geçişi, evrenimizin ilk evresinde gerçekleşiyor” diyor. İşlem kaynar su ile karşılaştırılabilir.
Su 100 dereceye ulaştığında, gaz kabarcıkları oluşur ve yükselir. Bu gaz kabarcıkları, gaz fazı olan su buharı içerir. Su bir sıvıdır. Evrenin genleştiği ve soğutulduğu bir işlem sırasında, erken evrendeki gaz fazından sıvı faza geçtiğinde, antyonlara kıyasla, baryon asimetrisi üreten bir kuark fazlası üretilir. Son fakat en az değil, araştırmacılar da matematik yapıyor.
Modellerin senkronize çalışabilmesi için, her iki modelin de aynı anda doğru olması için parametrelerin veya sayısal değerlerin sığması gerekir. Yani iş bu parametreleri bulmakla ilgili. Fiziksel İnceleme Mektuplarındaki en son makalede , Andersen ve arkadaşları, maddenin yaratılabileceği matematik alanı daralttı ve aynı zamanda her iki modele de karşılık geldi.
Şimdi olasılıkları daralttı. “Yeni modelin (2HDM) CERN’den zaten bildiklerimizle eşleşmesi için, örneğin, modeldeki parametreler hiçbir şey olamaz. Diğer taraftan, yeterli baryon asimetrisi üretebilmek için, parametrelerde de Belli bir aralıkta olmak için. Bu yüzden parametre aralığını daraltmaya çalışıyoruz. Ama bu hala çok uzun bir süre kaldı, ”diyor Andersen. Her durumda, araştırmacılar neden biz ve diğer her şeyin burada olduğunu anlamak için yolda biraz ilerleme kaydetti.
