Met behulp van computersimulaties, deeltjesfysica-onderzoekers kunnen misschien verklaren waarom er meer materie dan antimaterie in het heelal is. De simulaties bieden een nieuwe manier om de omstandigheden na de oerknal te onderzoeken, en zou antwoorden kunnen geven op enkele fundamentele vragen in de deeltjesfysica.

In het standaardmodel van deeltjesfysica, er is bijna geen verschil tussen materie en antimaterie. Maar er is een overvloed aan bewijs dat ons waarneembare universum alleen uit materie bestaat - als er al antimaterie was, het zou vernietigen met nabijgelegen materie om gammastraling met zeer hoge intensiteit te produceren, die niet is waargenomen. Daarom, uitvinden hoe we aan een overvloed aan alleen materie zijn gekomen, is een van de grootste open vragen in de deeltjesfysica.

Vanwege deze en andere hiaten in het standaardmodel, natuurkundigen overwegen theorieën die een paar extra deeltjes toevoegen op manieren die het probleem helpen oplossen. Een van deze modellen heet het Two Higgs Doublet Model, die, ondanks de naam, voegt eigenlijk vier extra deeltjes toe. Dit model kan in overeenstemming worden gebracht met alle waarnemingen van de deeltjesfysica tot nu toe, waaronder die van de Large Hadron Collider bij CERN, maar het was onduidelijk of het ook het probleem van de onbalans tussen materie en antimaterie zou kunnen oplossen. De onderzoeksgroep, geleid door een team van de Universiteit van Helsinki, om het probleem vanuit een andere hoek aan te pakken. Hun bevindingen zijn nu gepubliceerd in een paper in de Fysieke beoordelingsbrieven .

Ongeveer tien picoseconden na de oerknal – precies op het moment dat het Higgs-deeltje aanging – was het universum een ​​heet plasma van deeltjes.

"De techniek van dimensionale reductie stelt ons in staat de theorie die dit hete plasma beschrijft te vervangen door een eenvoudigere kwantumtheorie met een reeks regels waaraan alle deeltjes moeten voldoen", legt Dr. David Weir uit, de corresponderende auteur van het artikel.

"Het blijkt dat hoe zwaarder, langzamer bewegende deeltjes doen er niet zoveel toe wanneer deze nieuwe regels worden opgelegd, dus we eindigen met een veel minder gecompliceerde theorie."

Deze theorie kan vervolgens worden bestudeerd met computersimulaties, die een duidelijk beeld geven van wat er is gebeurd. Vooral, ze kunnen ons vertellen hoe gewelddadig het universum uit balans was toen het Higgs-deeltje aanging. Dit is belangrijk om te bepalen of er op dit moment in de geschiedenis van het universum ruimte was om de asymmetrie tussen materie en antimaterie te produceren met behulp van het Two Higgs Doublet Model.

"Onze resultaten toonden aan dat het inderdaad mogelijk is om de afwezigheid van antimaterie te verklaren en in overeenstemming te blijven met bestaande waarnemingen", Dr. Weir merkt op. belangrijk, door gebruik te maken van dimensionale reductie, de nieuwe aanpak was volledig onafhankelijk van eerdere werkzaamheden in dit model.

Als het Higgs-deeltje op zo'n gewelddadige manier werd geactiveerd, het zou echo's hebben achtergelaten. Terwijl de bellen van de nieuwe fase van het universum kiemden, net als wolken, en breidde uit tot het heelal was als een bewolkte hemel, de botsingen tussen de bellen zouden veel zwaartekrachtsgolven hebben veroorzaakt. Onderzoekers van de Universiteit van Helsinki en elders bereiden zich nu voor op het zoeken naar deze zwaartekrachtsgolven bij missies zoals het Europese LISA-project.