Uusi hiukkasfysiikan tulos pyrkii selittämään antiaineen puuttumisen maailmankaikkeudesta
Helsingin yliopiston tutkijat selvittivät yhdessä kansainvälisten kollegoidensa kanssa, miten varhaisen maailmankaikkeuden olosuhteet muuttuvat, jos yleisesti hyväksyttyyn hiukkasfysiikan Standardimalliin lisätään kahden Higgs-dubletin eli 2HDM-teorian ennustamat neljä ylimääräistä, tähän mennessä havaitsematonta hiukkasta.
Arvostetussa Physical Review Letters -lehdessä julkaistun työn päähavainto on, että 2HDM-teoria voi kyetä selittämään yhden nykykosmologian suurimmista ongelmista: miksi maailmankaikkeudessa on niin paljon enemmän tavallista ainetta kuin antiainetta.
Hiukkasfysiikan Standardimalli ennustaa vain häviävän pienen eron maailmankaikkeudessa havaittavien tavallisen aineen ja antiaineen tiheyksien välille. Tämä ennuste on kuitenkin räikeässä ristiriidassa sen tosiasian kanssa, ettei antiainetta näytä löytyvän nykyuniversumista käytännössä lainkaan. Näin ollen aineen ja antiaineen tiheyksien epäsymmetrian – lyhyesti baryogeneesin – selitys onkin muodostunut yhdeksi nykykosmologian ja -hiukkasfysiikan suurimmista haasteista.
Baryogeneesin ohella standardimalli ei pysty selittämään kaikkia kosmologisia havaintoja kuten ns. pimeän aineen ongelmaa. Standardimallin mahdollisten, havaintojen kanssa yhtäpitävien yleistysten etsimisestä onkin tullut yksi hiukkasfysiikan vilkkaimmin tutkituista aloista ja 2HDM-teoriasta puolestaan yksi johtavista ehdokkaista tällaiseksi teoriaksi. Tähän asti on kuitenkin ollut epäselvää, pystyisikö 2HDM selittämään baryogeneesin ongelman.
Noin kymmenen pikosekuntia eli sekunnin biljoonasosaa alkuräjähdyksen jälkeen, Higgsin mekanismin juuri käynnistyessä maailmankaikkeus oli täynnä kuumaa hiukkaspuuroa eli plasmaa.
– Tutkimuksessamme käyttämämme dimensionaalisen reduktion tekniikka antaa meille mahdollisuuden korvata tätä plasmaa kuvaava monimutkainen kvanttikenttäteoria huomattavasti yksinkertaisemmalla versiolla, joka kuitenkin kuvaa sen ominaisuuksia oikein, kuvaa työtään uuden artikkelin vastaava kirjoittaja, yliopistotutkija David Weir Helsingin yliopistosta.
– Osoittautuu, että raskaammat, hitaasti liikkuvat hiukkaset eivät ole kovin tärkeitä tämän tekniikan kannalta, joten päädyimme tarkastelemaan plasmaa paljon kustannustehokkaammalla tavalla.
Tällä Weir viittaa suhteellisen kevyisiin tietokonesimulaatioihin, jotka dimensionaalinen reduktio mahdollistaa ja joiden avulla 2HDM-teoriaa voidaan tutkia varhaisen maailmankaikkeuden oloissa.
Tekniikan avulla voidaan selvittää, kuinka vahvassa epätasapainotilassa varhainen maailmankaikkeus oli Higgsin mekanismin käynnistyessä, mikä on tärkeä edellytys aineen ja antiaineen epäsymmetrian syntymiselle.
– Tuloksemme osoittavat, että antimaterian puuttuminen on todellakin mahdollista selittää 2HDM-mallin puitteissa, Weir toteaa.
Jos Higgsin mekanismi todella käynnistyi niin dramaattisella tavalla kuin mihin uudet tulokset viittaavat, prosessin kokeellinen tutkiminen voi tulla mahdolliseksi lähitulevaisuudessa. Tässä tapauksessa varhainen maailmankaikkeus on nimittäin ollut täynnä nopeasti laajentuvia ns. Higgs-kuplia, joiden törmäykset saavat aikaan gravitaatioaaltoja. Helsingin yliopiston tutkijat, David Weir mukaan lukien, ovatkin paraikaa valmistelemassa LISA-projektia, jossa etsitään näiden gravitaatioaaltojen kaikuja nykymaailmankaikkeudesta.
Lisätietoja:
- yliopistotutkija David Weir (englanniksi), puh: +358 50 4485604, david.weir@helsinki.fi
- apulaisprofessori Aleksi Vuorinen, +358 50 3386725, aleksi.vuorinen@helsinki.fi
Avainsanat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
PL 3
00014 Helsingin yliopisto
02941 22622 (mediapalvelu) 02941 911 (vaihde) (vaihde)https://www.helsinki.fi/fi/yliopisto
Helsingin yliopisto on yli 40 000 opiskelijan ja työntekijän kansainvälinen yhteisö, joka tuottaa tieteen voimalla kestävää tulevaisuutta koko maailman parhaaksi. Kansainvälisissä yliopistovertailuissa Helsingin yliopisto sijoittuu maailman parhaan yhden prosentin joukkoon. Monitieteinen yliopisto toimii neljällä kampuksella Helsingissä sekä Lahden, Mikkelin ja Seinäjoen yliopistokeskuksissa. Lisäksi sillä on kuusi tutkimusasemaa eri puolilla Suomea ja yksi Keniassa. Yliopisto on perustettu vuonna 1640.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Helsingin yliopisto
Eduskuntavaalitutkimus 2023 julkistamistilaisuus 13.5. Helsingin yliopiston valtiotieteellisessä tiedekunnassa25.4.2024 11:02:23 EEST | Kutsu
Lämpimästi tervetuloa ”Pääministerivaalit polarisaation aikakaudella: Eduskuntavaalitutkimus 2023” julkistamistilaisuuteen 13.5. klo 10-12 . Nyt julkaistava eduskuntavaalitutkimuksen pääraportti on kattava teos suomalaisten äänestäjien käyttäytymisestä 2023 eduskuntavaaleissa.
Iäkkäiden lääkehoidon riskitekijöiden tunnistaminen on avainasemassa kotona asumisen tukemisessa23.4.2024 09:58:40 EEST | Tiedote
Tuoreessa väitöstutkimuksessa on kehitetty malli iäkkäiden lääkehoidon riskitekijöiden tunnistamiseksi osana laajempaa terveystarkastusta. Tutkimuksen tavoitteena oli tarjota konkreettisia keinoja iäkkäiden terveyden ja toimintakyvyn ylläpitämiseksi, jotta he voisivat asua kotona mahdollisimman pitkään.
Helsingin yliopiston operatiivinen tulos 2023 oli 16 miljoonaa euroa miinuksella17.4.2024 14:37:06 EEST | Tiedote
Varainhankinta sekä sijoitus- ja rahoitustuotot nostivat kokonaistuloksen plussalle. Yliopisto lisää sijoitustoiminnan tuotonjakoa perustehtävään seuraavien viiden vuoden ajan.
Pelastakaa tiede! -dokumenttielokuva kertoo tieteen evakuoinnin tarinan17.4.2024 10:28:01 EEST | Tiedote
Kirjailija, FT Anna Kortelainen, Kansalliskirjasto ja Kirjastokaista ovat tuottaneet yhteistyössä dokumentin, joka pureutuu Kansalliskirjaston aineistojen evakuointiin talvi- ja jatkosodan aikana. Elokuva julkaistaan 17.4.2024 Kirjastokaistan verkkosivuilla sekä Kansalliskirjaston Youtube-kanavalla.
Kutsu medialle: Tule seuraamaan Viikin tutkimustilan lehmien keväistä laitumellelaskua 4.5.!15.4.2024 14:44:21 EEST | Tiedote
Helsingin yliopisto, Valio ja maatalousylioppilaiden yhdistys Sampsa kutsuvat median edustajat osallistumaan Suomen urbaanimpien lehmien laitumellelaskuun Viikin tutkimustilalla lauantaina 4. toukokuuta.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme