Fizicienii japonezi sunt pe cale să rezolve un mister vechi de 13,8 miliarde de ani

Din perspectivă statistică, matematică și fizică, simpla noastră existență reprezintă un paradox fascinant, o veritabilă imposibilitate logică.

Teoriile cosmologice actuale susțin că evenimentul primordial al Big Bang-ului ar fi trebuit să producă în mod riguros cantități identice de materie și antimaterie, două forțe opuse care, prin natura lor, se anihilează reciproc la contact. Într-un astfel de scenariu, universul ar fi trebuit să rămână un vid absolut, populat exclusiv de radiații, fără nicio urmă de substanță solidă.

Cu toate acestea, realitatea ne demonstrează contrariul: suntem aici, constituiți dintr-o materie care a reușit să supraviețuiască unui proces de autodistrugere ce părea inevitabil conform tuturor calculelor teoretice.

Un grup de fizicieni japonezi ar putea fi pe cale să rezolve acest mister vechi de 13,8 miliarde de ani, reînviind o idee abandonată în 1867: universul ar fi putut lua naștere din niște noduri în spațiu-timp. Imagineați-vă un miliard de perechi de mănuși: una stângă, una dreaptă.

Acum, închipuiți-vă că toate se autodistrug la contact, cu excepția unei singure mănuși stângi din acel miliard. Exact asta s-a întâmplat cu materia și antimateria imediat după Big Bang.

Tot ceea ce vedem - stelele, galaxiile, chiar și propriul nostru corp - există numai datorită acestei asimetrii infime: o particulă suplimentară de materie pentru fiecare miliard de perechi materie-antimaterie.

Modelul Standard al fizicii particulelor, deși remarcabil de succes în descrierea universului, eșuează lamentabil să explice acest dezechilibru fundamental. Predicțiile sale sunt cu ordine de mărime sub realitatea observată.

Această enigmă, cunoscută sub numele de barionogeneză, se numără printre cele mai profunde mistere ale științei moderne. În 1867, Lord Kelvin a propus o idee îndrăzneață: ce-ar fi dacă atomii ar fi, de fapt, niște noduri în eterul cosmic?

Această viziune a fost rapid abandonată pe măsură ce știința a dezvăluit adevărata natură atomică. Însă intuiția lui Kelvin, îngropată timp de mai bine de un secol, a reapărut acum într-o formă spectaculoasă.

Muneto Nitta și Minoru Eto de la Universitatea din Hiroshima, în colaborare cu Yu Hamada de la sincrotronul german DESY, au publicat în revista Physical Review Letters o teorie revoluționară: nodurile cosmice ar fi existat într-adevăr în universul primordial, nu ca și constituenți ai materiei, ci ca generatori ai săi.

În fracțiunile de secundă de după Big Bang, în timp ce universul se răcea cu o viteză amețitoare, simetriile sale fundamentale s-au rupt, asemănător cu gheața care îngheață neuniform.

Aceste rupturi au lăsat în urmă cicatrici în spațiu-timp: filamente numite corzi cosmice, mai subțiri decât un proton, dar cântărind mai mult decât niște munți pe doar câțiva centimetri de lungime.

Noduri stabile, imposibil de descompus fără a încălca legile fizicii
Echipa japoneză a demonstrat că două extensii ale Modelului Standard, studiate separat de mult timp, creează împreună ceva extraordinar atunci când sunt combinate.

Simetria Peccei-Quinn, care rezolvă problema CP puternică și introduce axionii ca și candidați pentru materia întunecată, produce vârtejuri superfluide.

Pe de altă parte, simetria dintre numărul barionilor și numărul leptonilor, care explică de ce neutrinii au masă, generează tuburi de flux magnetic.

Când aceste două tipuri de defecte se întâlnesc în haosul universului nou-născut, ele se împletesc și se blochează topologic, formând noduri stabile, imposibil de descompus fără a încălca legile fizicii.

În timp ce radiația își pierdea energia pe măsură ce universul se extindea, aceste noduri cosmice se comportau ca materia, păstrându-și densitatea energetică. Ele au dominat rapid întregul cosmos, inaugurând o eră pe care nimeni nu și-o imaginase până atunci: era nodurilor.

Această dominație a fost scurtă, dar decisivă. Nodurile s-au desfăcut în cele din urmă prin efectul tunel cuantic, acel fenomen fantomatic prin care particulele traversează bariere energetice ca și cum acestea nu ar exista.

Colapsul lor a eliberat o ploaie de particule, în special neutrini drepți ultramasivi. Acești neutrini giganți s-au dezintegrat apoi în particule mai ușoare cu o preferință subtilă, dar crucială: puțin mai multă materie decât antimaterie, scrie curiozitate.ro.

Această cascadă a reîncălzit universul la exact 100 de gigaelectronvolți, ultima fereastră posibilă pentru ca reacțiile electroslabe să transforme acest dezechilibru în realitatea materială pe care o locuim.

Yu Hamada rezumă ideea cu eleganță: „Neutrinii drepți sunt părinții întregii materii prezente astăzi în univers, inclusiv propriul nostru corp, în timp ce nodurile pot fi considerate bunicii noștri."

Teoria nu este doar o speculație matematică elegantă
Atunci când cercetătorii au urmărit matematica modelului lor, dezechilibrul materie-antimaterie observat astăzi a apărut natural, fără ajustări artificiale.

Frumusețea acestei teorii rezidă în robustețea sa topologică: indiferent cum sunt răsucite sau întinse ecuațiile, nodurile își păstrează proprietățile fundamentale. Această teorie nu este doar o speculație matematică elegantă.

Ea face o predicție verificabilă: era nodurilor ar fi lăsat o amprentă unică în spectrul undelor gravitaționale care încă traversează universul.

Viitoare detectoare precum LISA în Europa, Cosmic Explorer în Statele Unite și DECIGO în Japonia ar putea capta acest șoaptă primordială în următoarele decenii.

Dacă aceste semnături sunt detectate, vom avea dovada că intuiția abandonată a Lordului Kelvin conținea un adevăr profund: universul, și implicit propria noastră existență, s-a născut din noduri în însăși țesătura realității.