In de eerste ogenblikken na de oerknal, het heelal breidde vele miljarden keren sneller uit dan nu. Zo'n snelle expansie is waarschijnlijk te wijten aan een oerkrachtveld dat werkt met een nieuw deeltje, de inflatie. Uit de laatste analyse van het verval van mesonen, uitgevoerd in het LHCb-experiment door natuurkundigen uit Krakau en Zürich, het lijkt, echter, dat de meest waarschijnlijke lichte inflatie, een deeltje met de kenmerken van het beroemde Higgs-deeltje maar minder massief, bestaat vrijwel zeker niet.

Net na de oerknal, het universum heeft waarschijnlijk een extreme uitbarsting ondergaan. Als er inflatie zou optreden, er moet een nieuwe kracht achter zitten. Er wordt aangenomen dat de krachtdragers tot nu toe onopgemerkte inflatons zijn, die veel kenmerken zou moeten hebben die doen denken aan het beroemde Higgs-deeltje. Natuurkundigen van het Instituut voor Kernfysica van de Poolse Academie van Wetenschappen (IFJ PAN) in Krakau en de Universiteit van Zürich (UZH) zochten naar sporen van lichtinflatonen in het verval van B+-mesonen die werden geregistreerd door detectoren in het LHCb-experiment op CERN bij Genève . Gedetailleerde analyse van de gegevens, echter, het bestaan ​​van lichte inflatons in twijfel trekt.

Ondanks de zwakke effecten, zwaartekracht beïnvloedt het uiterlijk van het universum op de grootste schalen. Als gevolg hiervan, alle moderne kosmologische modellen zijn gebaseerd op de beste zwaartekrachttheorie, De algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. De eerste kosmologische modellen gebouwd op de relativiteitstheorie suggereren dat het universum een ​​dynamische schepping was. Vandaag, we weten dat het ooit extreem dicht en heet was, en 13,8 miljard jaar geleden, het begon snelle expansie. De relativiteitstheorie voorspelt het verloop van dit proces vanaf fracties van een seconde na de oerknal.

"Het belangrijkste bewijs van deze gebeurtenissen is de microgolfachtergrondstraling die een paar honderdduizend jaar na de oerknal werd gevormd. Het komt momenteel overeen met een temperatuur van ongeveer 2,7 kelvin en vult het hele universum uniform. Het is deze homogeniteit die is bewezen een grote puzzel, " zegt Dr. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN), en legt uit, "Als we naar de lucht kijken, de diepe ruimtefragmenten die in de ene richting zichtbaar zijn, kunnen zo ver verwijderd zijn van de fragmenten die in een andere richting zichtbaar zijn dat het licht nog geen tijd heeft gehad om ertussen door te gaan. Dus niets wat in een van deze gebieden is gebeurd, mag de andere niet beïnvloeden. Maar waar we ook kijken, de temperatuur van verre gebieden van de kosmos is bijna identiek. Hoe kon het zo uniform zijn geworden?"

De uniformiteit van microgolfachtergrondstraling wordt verklaard door het door Alan Guth in 1981 voorgestelde mechanisme. het heelal breidde aanvankelijk langzaam uit, en alle punten die vandaag werden waargenomen, hadden tijd om op elkaar in te werken en de temperatuur te egaliseren. Volgens Guth, op een gegeven moment, echter, er moet een zeer korte maar extreem snelle expansie van de ruimtetijd zijn geweest. De nieuwe kracht die verantwoordelijk is voor deze inflatie breidde het universum zo uit dat vandaag, het vertoont een opmerkelijke uniformiteit (voor zover het de temperatuur van de kosmologische microgolfachtergrond betreft).

“Een nieuw veld betekent altijd het bestaan ​​van een deeltje dat de drager is van het effect. Kosmologie is dus interessant geworden voor natuurkundigen die fenomenen op microschaal onderzoeken. een goede kandidaat voor het inflaton bleek het beroemde Higgs-deeltje te zijn. Maar anno 2012 de Higgs werd uiteindelijk waargenomen in de Europese LHC-versneller, en bleek te zwaar. Als Higgs, met zijn massa, was verantwoordelijk voor de inflatie, de relictstraling van vandaag zou er anders uitzien dan wat momenteel wordt waargenomen door de COBE, WMAP- en Planck-satellieten, " zegt dr. Chrzaszcz.

Theoretici stelden een oplossing voor deze verrassende situatie voor:de inflaton zou een geheel nieuw deeltje kunnen zijn met de eigenschappen van Higgs, maar met een kleinere massa. In de kwantummechanica, de identieke aard van kenmerken zorgt ervoor dat deeltjes oscilleren - ze transformeren cyclisch de een in de ander. Een op deze manier geconstrueerd inflatiemodel zou slechts één parameter hebben die de frequentie van oscillatie/transformatie tussen het inflaton en het Higgs-deeltje beschrijft.

"De massa van het nieuwe inflaton zou klein genoeg kunnen zijn om het deeltje te laten verschijnen in het verval van B ⁺ mesonen. En deze schoonheidsmesonen zijn deeltjes die in grote aantallen zijn geregistreerd door het LHCb-experiment bij de Large Hadron Collider. Dus besloten we te zoeken naar verval van mesonen door de interactie met de inflaton in de gegevens verzameld in de LHC in 2011 tot 2012, ", zegt promovendus Andrea Mauri (UZH).

Als lichte inflatie echt bestond, de B ⁺ meson zou soms vervallen in een kaon (K ⁺ meson) en een Higgs-deeltje, die zou veranderen in een inflaton als gevolg van de oscillatie. Na een paar meter reizen in de detector, het inflaton zou vervallen in twee elementaire deeltjes:muonen en antimuonen. Detectoren van het LHCb-experiment zouden de aanwezigheid van de Higgs of de inflaton niet registreren. Onderzoekers van de IFJ PAN, echter, verwacht respectievelijk de emissie van kaonen en het verschijnen van muon-antimuonparen te zien.

"Afhankelijk van de parameter die de frequentie van de inflaton-Higgs-oscillatie beschrijft, het verloop van B ⁺ mesonverval zou iets anders moeten zijn. In onze analyse, we waren op zoek naar verval tot 99 procent van de mogelijke waarden van deze parameter - en we vonden niets. We kunnen daarom met grote zekerheid zeggen dat de lichte inflaton gewoon niet bestaat, " zegt dr. Chrzaszcz.

theoretisch, Inflatons met een lage massa kunnen nog steeds verborgen zijn in 1 procent van de niet-onderzochte variaties in oscillatie. Deze gevallen zullen uiteindelijk worden uitgesloten door toekomstige analyses met nieuwere gegevens die nu bij de LHC worden verzameld. Echter, natuurkundigen moeten het idee verzoenen dat als inflatons bestaan, ze zijn ofwel massiever dan eerder werd aangenomen, of ze komen in meer dan één variatie voor.