Wetenschappers zijn lange tijd verbaasd geweest over het feit dat het universum vrijwel uitsluitend uit materie lijkt te bestaan. Deze puzzel wordt meestal geformuleerd in termen van asymmetrie:met andere woorden:er moeten gelijke hoeveelheden materie en antimaterie zijn. Waarom de oorspronkelijke kosmische omstandigheden minuscuul afwijken van de materie-antimaterie-symmetrie en bijna uitsluitend materie voortbrachten, is een van de grootste mysteries in de moderne wetenschap. Nu hebben onderzoekers van de University of California, Berkeley en van Yale University mogelijk een gedeeltelijke verklaring gevonden.

In een artikel ingediend bij het tijdschrift Physical Review Letters stellen de onderzoekers een nieuw mechanisme voor dat enigszins verschillende massa's genereert voor het proton en het antiproton, waardoor het heelal kon evolueren naar een toestand die veel meer materie dan antimaterie bevat.

"Er zijn veel modellen voorgesteld om dit mysterie te verklaren, maar het probleem met de overgrote meerderheid van deze modellen is dat ze omstandigheden in het vroege heelal vereisen waarvoor geen duidelijke verklaring bestaat", zegt Hitoshi Murayama, hoogleraar natuurkunde aan de UC Berkeley. . "In ons werk hebben we ontdekt dat een eenvoudig en zeer goed gemotiveerd mechanisme op natuurlijke wijze voortkomt uit een breed bestudeerde en bekende uitbreiding van het standaardmodel, genaamd Supersymmetry."

Volgens het Standaardmodel van de Natuurkunde bestaat alle materie uit subatomaire deeltjes die quarks en leptonen worden genoemd, en worden de krachten die tussen deze deeltjes werken gemedieerd door bosonen. Het Standaardmodel voorspelt ook het bestaan ​​van antideeltjes voor elk van deze deeltjes, die dezelfde massa hebben als hun overeenkomstige deeltjes, maar tegengestelde elektrische lading.

Er wordt gedacht dat in het vroege heelal deeltjes en antideeltjes in gelijke hoeveelheden werden gecreëerd. Binnen een fractie van een seconde vernietigde de overgrote meerderheid van deze deeltjes en antideeltjes elkaar, waardoor een kleine overmaat aan materie achterbleef. Deze overmaat aan materie heeft uiteindelijk de sterrenstelsels en sterren gevormd die we vandaag de dag in het heelal zien.

De onderzoekers ontdekten dat de supersymmetrische versie van het standaardmodel op natuurlijke wijze leidt tot een klein verschil in massa tussen het proton en antiproton. Dit massaverschil is voldoende om het universum te laten evolueren naar een toestand die veel meer materie dan antimaterie bevat.

In het Supersymmetrische model wordt verondersteld dat het proton en antiproton uit drie quarks bestaan, waarvan er één een zware "supersymmetrische quark" is die uniek is voor het Supersymmetrische model. De onderzoekers stellen voor dat de interactie tussen zware quarks en het Higgsdeeltje het massaverschil tussen proton en antiproton zou kunnen genereren.

"Het mechanisme dat wij voorstellen vereist slechts een zeer kleine wijziging van het standaardmodel, wat vanuit theoretisch oogpunt behoorlijk overtuigend is", aldus Murayama. "Onze volgende stap is om te zien of ons voorstel consistent is met verschillende experimentele gegevens, zoals die verkregen door de LHC op CERN."

Als het voorstel van de onderzoekers juist is, kan het een gedeeltelijke verklaring bieden voor het grote mysterie waarom het universum minder antimaterie heeft dan materie. Het zou ook inzicht kunnen verschaffen in de aard van supersymmetrie, een theorie die uitgebreid is bestudeerd in de natuurkunde, maar nog experimenteel moet worden bevestigd.