Zamânın Başlangıcından Kalan Görmezden Gelinilen Parçacık Evrendeki Her Şeyin Neden Var Olduğunu Açıklayabilir

Yeni bir çalışma, ihmal edilen bir “hayalet parçacığın” Büyük Patlama‘nın ardından evreni domine etmiş olması, evrenin ilk anlarda nasıl genişlediğine dair görüşü değiştirmesi ve maddeyin antimaddeye üstün gelmesi için gerekli koşulları yeniden şekillendirmiş olması ihtimalini öne sürüyor. Başka bir deyişle, evrendeki her şeyin neden var olabileceğini açıklayabilir.

Çalışma, hipotetik bir “sağ el” nötrino olan bu parçacığın, evrenin bebeklik döneminde bir anlığına evrendeki diğer her şeyin bir araya getirildiğinde sahip olacağından daha fazla enerjiye sahip olmuş olabileceğini, bunun da evrenin genişlemesini hızlandırmış ve kritik parçacık etkileşimlerini ertelemiş olması gerektiğini öne sürüyor. Araştırma, 8 Eylül’de Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.

Nötrinolar, hiçbir şeyle nadiren etkileşen hayalet parçacıklardır. Güneşten gelen tipik bir nötrino, tek bir atoma çarpmadan önce, yaklaşık 5,9 trilyon mil (9,5 trilyon kilometre) kalınlığında bir kurşun levhanın içinden geçebilir. Nötrinolar üç tipte, ya da “lezzette” bulunur ve yol alırken bunlar arasında geçiş yaparlar; bu da ancak kütleye sahip iseler işe yarayan ince bir kuantum etkisini kullanırlar. Oysa parçacık fiziğinin Standart Modeli, nötrinoların kütlesiz olmaları gerektiğini öngörür.

Son Videolar

Live Science

Popüler düzeltmelerden biri “sağ el” nötrinoları içerir. Parçacıklar, tıpkı küçük çiviler gibi biraz döner ve fizikçiler bunları dönüş yönlerine göre “sol el” ya da “sağ el” olarak adlandırır. Bir sağ el parçacığı, sıradan bir vidanın içeriye doğru sıkıldığı gibi döner; sizden uzaklaşırken saat yönünde döner. Şimdiye kadar tespit edilen her nötrino sol eldir ve uçarken saat yönünün tersine döner, ters dişli bir vidaya benzer.

“Sağ el nötrinolar, Standart Model’in bir parçası olan sol el karşılıklarının aksine, zayıf nükleer kuvveti hissetmeyen hipotetik parçacıklardır,” çalışmanın ortak yazarlarından ve İngiltere’deki Southampton Üniversitesi’nden teorik fizikçi Rishav Roshan, Live Science’a e-posta yoluyla söyledi. “Elektrik yüklerinin olmaması ve çok daha ağır olmalarıyla karakterize edilirler.”

“Sağ el nötrinolar, sol el nötrinolarıyla karışabilir ve bunların kütlesini ve lezzet değiştirme nedenlerini açıklamaya yardımcı olabilir,” Roshan söyledi.

Antarktika’nın buzunun altında yer alan ve bu görüntüde Güney Işıkları’nın altında çekilen IceCube tesisi, dünyanın önde gelen nötrino tespit tesidir. Önerilen “sağ el” nötrino henüz tespit edilmedi.

(Görsel kredisi: IceCube/NSF)

Kozmik sapan

Kuantum fiziğinde, karışabilen parçacıklar aynı anda iki kimliğin karışımı olarak var olabilir. Sapan mekanizması denilen kuramsal bir çerçevede, her sıradan nötrino, ağırlıklı bir “sağ el” eşinin zayıf bir izini taşır ve bu iz ona çok küçük bir kütle verir. Eş ne kadar ağırsa, o kadar zayıf olur iz ve sıradan nötrino o kadar hafif olur — bu yüzden adı, uçları zıt yönlerde hareket eden oyun parkındaki sapan atına benzetilerek verilmiştir.

Parçacıklar başka bulmacaları da çözebilir. “Nötrino kütlerinin kaynağı, evrendeki madde-antimadde asimetrisi ve karanlık maddenin doğası dahil olmak üzere birkaç sorunu yanıtlamayı hedeflerler,” dedi Roshan.

Büyük Patlama, eşit miktarlarda madde ve antimadde üretmiş olmalıydı; bunlar birbirlerini yok eder ve bildiğimiz anlamda bir evrenin biçim almasını engelleyecek kadar bir durum yaratırdı. Sağ el nötrolar, “gözlemlenen madde-antimadde dengesizliğinin, evrenin erken dönemlerinde bu nötroların yer aldığı süreçlerden kaynaklandığı” yönündeki modellerin önerilerinde kritik bir rol oynar, dedi Roshan.

Bu resimde, ağır nötroların bozunması, içinde elektronların da bulunduğu lepton parçacık ailesinden hafif bir fazla lepton bırakmış; bu da daha sonra bugünün madde fazlasına dönüşmüş, açıklamıştır.

Sapan çerçevesi genellikle üç “sağ el” nötrino içerir; ancak iki tanesi verileri açıklamak için yeterli olduğundan, fizikçiler üçüncüyü genellikle görmezden gelir, çok ağırdır ya da maddeyle çok zayıf etkileşir varsayımıyla.

En ağır nötrino nasıl üstünlüğü ele aldı

Yeni çalışmada, Roshan ve Hindistan Teknoloji Enstitüsü Kanpur’dan fizikçi Sudipta Show, bu görmezden gelen parçacığın — ekibin temel örneğinde protondan yaklaşık 100 trilyon kez daha ağırdır — Büyük Patlama’dan sonra ne yapması gerektiğini inceledi.

İlk başlarda parçacık neredeyse ışık hızında dolaşacağı için enerjisi ışığınkine benzer şekilde azalır; uzay genişledikçe bu enerji hem yayılır hem de daha uzun dalga boylarına doğru gerilirdi. Ancak evren soğudukça parçacık yavaşlar ve enerjisinin büyük kısmı kütlesine kilitlenirdi; kütle ise yalnızca yayılırdı. Bu nedenle kozmik enerjinin payı artar ve parçacık baskın hale gelirdi; uzun ömürlü parçacık, diğer parçacıklara parçalanana kadar bu durumu korurdu, ekip hesaplamalarına göre.

Çalışma, görmezden gelinen sağ-el nötrinoğun “evrenin erken dönemindeki genişleme dinamiklerini önemli ölçüde etkilediğini ve erken madde baskınlığı dönemi yarattığını” belirtiyor, Roshan. Bu değişikliğin “madde-antimadde asimetrisini açıklamaya yardımcı olabilecek çeşitli Standart Model etkileşimlerini etkilediğini” ekledi Roshan.

Her etkileşim ancak uzayın genişlemesinden daha hızlı hale geldiğinde devreye girmiş olurdu. Ağır nötrinoğun baskın olduğu bir evren daha hızlı genişleyeceği için etkileşimler daha fazla soğumaya kadar beklemek zorundaydı.

Bu etkileşimler erken evrene lepton tatlarını ayırt etme imkanı tanımış, bu da artan maddeyununun oluşumunu etkilemiş olurdu. Gecikmenin sayesinde ekip, daha hafif bir sağ-el nötrinoğun protondan yaklaşık 100 milyar kez daha ağır olması halinde, tatlar ayırt edilmeden önce gözlemlenen miktarlarda madde üretmiş olabileceğini buldu — ağır nötrinoğun parçalanması bir kısmını seyreltsen bile.

Sınaması zor, ama ulaşılamaz değil

• Big Bang’den önce bir ‘önce’ vardı mı? Jim Al-Khalili zamanın akıl almazlığı hakkında
• Ya Big Bang başlangıç değilse? Yeni araştırmalar kara deliğin içinde gerçekleşmiş olabileceğini öne sürüyor
• Fizikçiler Big Bang’den sonraki ilk milisaniyeyi yeniden yarattı — ve şaşırtıcı derecede çorba gibi olduğunu buldu

Ağır nötrinoq herhangi bir parçacık hızlandırıcısında üretilemeyecek kadar kütledir, bu yüzden sınamalar dolaylı olmak zorundadır.

Yerçekimi dalgaları — uzay-zamandaki dalgalanmalar — böyle bir yol sunar. Ağır nötrinonun hâkim olduğu bir çağ, erken evren yerçekimi dalgaları arka planında, “kosmik teller” olarak adlandırılan — uzaydaki varsayılan iplik benzeri kusurlardan gelen — dalgalarda belirleyici bir eğilim bırakmış olurdu. Elde edilen sonuçların, Lazer Girişimölçer Uzay Anteni (LISA) ve Kilometrekare Dizisi Gözlemi (SKAO) gibi yakında devreye alınacak tesislerle test edilebileceğini belirten Roshan, bu testlerin “bu tesisler devreye girdiğinde ve veri toplama başladığında” gerçekleştirilebileceğini söyledi. Sıcak ilkel plazmadan gelen zayıf bir uğultu da bu çağın izini taşıyacak, ancak mevcut dedektörlerin yakalayabileceğini aşan frekanslarda.

Roshan, R., & Show, S. (2026). Delayed charged Lepton Yukawa equilibration in minimal seesaw. Physical Review Letters, (11), 111802. https://doi.org/10.1103/nfkx-q6z7