מדוע היקום שלנו מסתחרר עם יותר חומר מאשר האנטי-חומר המקביל-ביזארי שלו - ומדוע אנו קיימים בכלל - הוא אחד החידות המביכות ביותר של הפיזיקה המודרנית.
איכשהו, כשהיקום היה צעיר להפליא, כמעט כל האנטי-חומר נעלם והשאיר רק את הדברים הרגילים. תיאורטיקנים עברו זה מכבר את ההסבר החמקמק-מתמיד - וחשוב מכך, דרך לבחון את ההסבר הזה בעזרת ניסויים.
כעת, שלישיית תיאורטיקנים הציעה ששלישיית חלקיקים המכונה בוסונים של היגס יכולה להיות אחראית למעשה הנעלם המסתורי של אנטי-חומר ביקום. והם חושבים שהם יודעים למצוא את האשמים החשודים.
המקרה של הנוזל החסר
כמעט בכל אינטראקציה יחידה בין חלקיקים תת-אטומיים, נוצרים אנטי-חומר (שהוא זהה לחומר רגיל אך עם מטען הפוך) וחומר רגיל במידה שווה. נראה שהיא סימטריה בסיסית של היקום. ובכל זאת, כשאנחנו יוצאים להביט באותו יקום, אנחנו כמעט לא רואים שום אנטי-חומר. עד כמה שהפיזיקאים יכולים לדעת, לכל חלקיק נוגד חומר שעדיין מסתובב, ישנם כמיליארד חלקיקים של חומר רגיל, בכל רחבי הקוסמוס.
תעלומה זו עוברת בשמות רבים, כמו בעיית אסימטריה של עניין ובעיית אסימטריה של הברון; בלי קשר לשמו, יש פיזיקאים שיבשו. נכון לעכשיו איש לא הצליח לספק הסבר קוהרנטי ועקבי לדומיננטיות של החומר על פני חומר אנטי-מאטר, ומכיוון שתפקידם של הפיזיקאים להסביר כיצד הטבע עובד, הוא מתחיל להתעצבן.
עם זאת, הטבע הותיר כמה רמזים ששוכבים לנו להתחבט עליהם. למשל, שום עדות להרבה נוגדי חומר מופיעה ברקע המכונה מיקרוגל קוסמי - חום שנשאר מהמפץ הגדול, הולדת היקום. מה שמרמז על כך שהקפטן התרחש ביקום המוקדם מאוד. והיקום המוקדם היה מקום די מטורף, עם כל מיני פיסיקה מורכבת ומובנת היטב. אז אם חומר ואנטי-חומר יתפצלו, זה זמן טוב לעשות את זה.
האשים את ההיגס
למעשה, הזמן הטוב ביותר להיעלמות האנטי-חומר הוא במהלך התקופה הקצרה אך הסוערת ביקום שלנו, כאשר כוחות הטבע התפצלו כשהתקרר הקוסמוס.
באנרגיות גבוהות (כמו אלו שנמצאות בתוך פורץ חלקיקים), הכוח האלקטרומגנטי והכוח הגרעיני החלש משלבים את כוחותיהם ליצירת כוח חדש: האלקטרוייק. ברגע שהדברים מתקררים וחוזרים לאנרגיות יומיומיות רגילות, לעומת זאת, מסלול האלקטרוני מתפצל לשני הכוחות המוכרים.
באנרגיות גבוהות עוד יותר, כמו אלו שנמצאו ברגעים הראשונים של המפץ הגדול, אנו חושבים שהכוח הגרעיני החזק מתמזג עם קו האלקטרו, ובאנרגיות גבוהות יותר עדיין כוח המשיכה מצטרף למפלגה לכוח אחיד אחד. אבל עדיין לא הבנו עד כמה כוח הכבידה נכנס למשחק.
בוסון היגס, שהוצע להתקיים בשנות השישים אך לא התגלה עד 2012 בתוך קדרדר הדרון הגדול, מבצע את פעולת פיצול הכוח האלקטרומגנטי מהכוח הגרעיני החלש. הפיזיקאים די בטוחים שהפיצול בין חומר לחומר התרחש לפני שכל ארבעת כוחות הטבע נפלו במקומם כישויות שלהם; הסיבה לכך שיש לנו הבנה די ברורה של הפיזיקה של היקום שלאחר הפיצול, והוספת יותר מדי אנטי-חומר בעידנים מאוחרים מפרה את התצפיות על רקע המיקרוגל הקוסמי).
כיוון שכך, אולי בוזון היגס ממלא תפקיד.
אבל ההיגס כשלעצמו לא יכולים לחתוך אותו; אין שום מנגנון ידוע שמשתמש רק בהיגס בכדי לגרום לחוסר איזון בין חומר לאנטי-חומר.
למרבה המזל, סיפורם של ההיגס אולי לא נגמר. פיסיקאים מצאו בוסון יחיד של היגס בניסויי קולידרים, עם מסה של כ 125- מיליארד וולט אלקטרונים, או GeV - לעיון, פרוטון שוקל כ- 1 GeV.
מסתבר שההיגס אולי לא לבד.
בהחלט ייתכן שיהיו יותר בוסונים של היגס שצפים מסיביים יותר ממה שאנחנו יכולים לזהות כיום בניסויים שלנו. בימינו, ההיגס הכבדים יותר האלה, אם הם קיימים, לא היו עושים הרבה, לא ממש משתתפים בשום פיסיקה שאליה אנו יכולים לגשת עם הרוכבים שלנו - פשוט אין לנו מספיק אנרגיה כדי "להפעיל" אותם. אך בימיו הראשונים של היקום, כאשר האנרגיות היו הרבה יותר, הרבה יותר גבוהות, היה יכול להפעיל את היגס האחרים, וייתכן שההיגס האלה גרמו לחוסר איזון ביחסי גומלין בסיסיים מסוימים, מה שהוביל לאסימטריה המודרנית בין חומר לאנטי-חומר.
פיתרון התעלומה
במאמר שפורסם לאחרונה באינטרנט בכתב העת preprint arXiv, הציעו שלושה פיסיקאים פיתרון פוטנציאלי מעניין: אולי, שלושה בוזונים של היגס (המכונה "היגס טרויקה") שיחקו משחק של תפוח אדמה לוהט ביקום המוקדם, ויצרו מבול של חומר רגיל. . כאשר החומר נוגע באנטי-חומר - פוף - השניים מחוסלים ונעלמים.
וכך רוב זרם החומר ההוא היה משמיד את האנטי-חומר ומציף אותו כמעט כולו מתוך קיום בשיטפון של קרינה. בתרחיש זה יישאר מספיק חומר נורמלי שיוביל ליקום של ימינו שאנחנו מכירים ואוהבים.
כדי ליצור עבודה זו, מציעים התיאורטיקנים שהשלישייה כוללת את החלקיק הידוע של היגס ושני חידושים, כאשר לכל אחד מהצמד הזה יש מסה של בערך 1,000 GeV. המספר הזה הוא שרירותי גרידא, אך נבחר במיוחד כדי להפוך את ההיגס ההיפותטי הזה לגלוי עם הדור הבא של רוכבי החלקיקים. אין טעם לחזות את קיומו של חלקיק שלא ניתן לגלות לעולם.
לפיזיקאים אז יש אתגר. מנגנון כלשהו הגורם לאסימטריה צריך לתת לחומר יתרון על אנטי-חומר על ידי גורם של מיליארד לאחד. ויש לו חלון זמן קצר מאוד ביקום המוקדם לעשות את דברו; ברגע שהכוחות מתפצלים המשחק נגמר והפיזיקה כידוע הוא נעול במקום. והמנגנון הזה, כולל שני היגס החדשים, חייב להיות ניתן לבחינה.
התשובה הקצרה: הם הצליחו לעשות זאת. זה מובן שזה תהליך מאוד מסובך, אבל הסיפור הכללי (והתיאורטי) משתנה כך: שני היגס החדשים מתפרקים למקלחות של חלקיקים בקצב מעט שונה ועם העדפות מעט שונות לגבי חומר על פני חומר. ההבדלים הללו הולכים ומצטברים עם הזמן, וכאשר כוח מסלול האלקטרוני מתפצל, יש מספיק הבדל באוכלוסיות החלקיקים של חומר-אנטי-חומר "שנבנו ביקום" ביקום כי החומר הרגיל בסופו של דבר שולט על האנטי-חומר.
בטח, זה פותר את בעיית האסימטריה של הברון, אך מוביל מייד לשאלה מה הטבע עושה עם כל כך הרבה בוזונים של היגס. אבל ניקח את הדברים צעד אחד בכל פעם.
