Een nieuwe studie kan helpen om een van de grootste mysteries van het universum te beantwoorden: waarom is er meer materie dan antimaterie? Dat antwoord zou op zijn beurt kunnen verklaren waarom alles, van atomen tot zwarte gaten, bestaat.
Miljarden jaren geleden, kort na de oerknal, rekte de kosmische inflatie het kleine zaadje van ons universum uit en transformeerde energie in materie. Natuurkundigen denken dat inflatie aanvankelijk dezelfde hoeveelheid materie en antimaterie heeft gecreëerd, die elkaar bij contact vernietigen. Maar toen gebeurde er iets dat de weegschaal ten goede kwam aan de materie, waardoor alles wat we kunnen zien en aanraken tot stand kan komen - en een nieuwe studie suggereert dat de verklaring verborgen is in heel kleine rimpelingen in de ruimtetijd.
"Als je gewoon begint met een gelijke component van materie en antimaterie, zou je uiteindelijk niets hebben", omdat antimaterie en materie een gelijke maar tegengestelde lading hebben, zei hoofdonderzoeksauteur Jeff Dror, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Californië , Berkeley, en natuurkundig onderzoeker aan het Lawrence Berkeley National Laboratory. 'Alles zou gewoon vernietigd worden.'
Uiteraard is niet alles vernietigd, maar onderzoekers weten niet waarom. Het antwoord kan betrekking hebben op zeer vreemde elementaire deeltjes die bekend staan als neutrino's, die geen elektrische lading hebben en die zowel als materie als antimaterie kunnen werken.
Een idee is dat het universum ongeveer een miljoen jaar na de oerknal afkoelde en een faseovergang onderging, een gebeurtenis die lijkt op hoe kokend water vloeistof in gas verandert. Deze faseverandering zorgde ervoor dat rottende neutrino's door een "kleine, kleine hoeveelheid" meer materie dan antimaterie creëerden, zei Dror. Maar 'er zijn geen heel eenvoudige manieren - of bijna geen enkele manier - om te onderzoeken en te begrijpen of het werkelijk in het vroege universum heeft plaatsgevonden'.
Maar Dror en zijn team hebben via theoretische modellen en berekeningen een manier bedacht waarop we deze faseovergang zouden kunnen zien. Ze stelden voor dat de verandering extreem lange en extreem dunne energiedraden zou hebben gecreëerd die "kosmische snaren" worden genoemd en die nog steeds het universum doordringen.
Dror en zijn team realiseerden zich dat deze kosmische snaren hoogstwaarschijnlijk zeer kleine rimpelingen in de ruimtetijd zouden veroorzaken die zwaartekrachtgolven worden genoemd. Detecteer deze zwaartekrachtgolven en we kunnen ontdekken of deze theorie waar is.
De sterkste zwaartekrachtsgolven in ons universum treden op wanneer een supernova of sterexplosie plaatsvindt; wanneer twee grote sterren om elkaar heen draaien; of wanneer twee zwarte gaten samensmelten, volgens NASA. Maar de voorgestelde zwaartekrachtsgolven veroorzaakt door kosmische snaren zouden veel kleiner zijn dan de golven die onze instrumenten eerder hebben gedetecteerd.
Toen het team deze hypothetische faseovergang echter modelleerde onder verschillende temperatuuromstandigheden die tijdens deze faseovergang hadden kunnen optreden, deden ze een bemoedigende ontdekking: in alle gevallen zouden kosmische strings zwaartekrachtgolven creëren die door toekomstige observatoria, zoals de European Space Agency's Laser Interferometer Space Antenna (LISA) en voorgestelde Big Bang Observer en het Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory (DECIGO) van de Japan Aerospace Exploration Agency.
"Als deze snaren worden geproduceerd op voldoende hoge energieschalen, zullen ze inderdaad zwaartekrachtsgolven produceren die kunnen worden gedetecteerd door geplande observatoria", vertelde Tanmay Vachaspati, een theoretisch natuurkundige aan de Arizona State University die geen deel uitmaakte van de studie, aan WordsSideKick.com.
De bevindingen werden op 28 januari gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Noot van de redactie: dit verhaal is bijgewerkt om de organisaties die verantwoordelijk zijn voor LISA te corrigeren. Het wordt beheerd door de European Space Agency, niet door NASA, die een medewerker is van het project.
