A világegyetem anyagának eredete

 

Napjaink asztro- és részecskefizikájának egyik alapvető kérdése, hogy az anyagnak miért csak az egyik formája található az általunk belátható Univerzumban. Bármilyen messze is nézünk "távcsöveinkkel" az anyag antianyag formájában előforduló megnyilvánulásának még csíráját sem látjuk. Az ezzel kapcsolatos kutatások a részecskefizika de a természet- és tudományfilozófia sok kérdésével is összekapcsolódni látszanak, mutat rá Fodor Zoltán részecskefizikus, az ELTE Elméleti Fizika Tanszékének professzora.

Kozmikus diffúz gammasugárzás égbolttérképe

Az Univerzum keletkezésének mely fázisában uralja a történéseket az elemi részek fizikája?

Hogyan fogalmazható meg az anyagi világ keletkezésének létezésének, problémája?
- Megfigyeléseink alapján az anyag antianyag formájában nem található az Univerzumban, holott jelenlegi tudásunk szerint anyag és antianyag között lényeges különbség nincs, antianyagból ugyanúgy felépíthető lenne a Világegyetem, mint ahogy anyagból. Az anyag és antianyag megjelenésének ezt az aszimmetriáját több megfigyelésünk is alátámasztja. Az egyik legfontosabb tapasztalat, hogy a kozmikus sugárzásban nem észlelünk antirészecskéket. A Föld felszínén vizsgálva a sugárzást ugyan találhatók benne antirészecskék 0,0001-ed arányban, de ezek bizonyítottan a légkörben generált másodlagos folyamatokban képződnek.
A másik negatív eredmény a következő meggondolásból adódik. Ha léteznének antianyagból felépülő galaxisok, vagy bármely más struktúrák, akkor azoknak valahol határosnak kellene lenniük az általunk lakott, anyagból felépülő univerzumrésszel. Ekkor viszont a kettő találkozásán anyag-antianyag annihiláció zajlana, aminek tipikus gamma sugarait a Világegyetem minden tájáról érkező CDG-sugárzás (Cosmic Diffuse Gamma) mérése során észlelnünk kellene. Ezek azonban a nyert adatokban nem figyelhetők meg, tehát a teljes Univerzum anyagból épül fel.
A kérdésre a válasz tehát egy újabb kérdés: mi az anyag és antianyag közti létezésbeli aszimmetria, a barion-aszimmetria oka?

Az ütközés számítógépes szimulációja

Vajon ez az aszimmetria már a kezdet kezdetén is létezett, vagy az anyag és antianyag közt fennálló, eddig nem ismert különbség hozhatta létre?

Az annyi mindenben ragyogóan beváló Standard Modell épp az ismeretelméleti alapkérdésekre nem ad megnyugtató válaszokat?
- Napjainkban igen jelentős az az ismeretanyag, melyet az elektrogyenge bariogenézis elmélete szolgáltatott. Itt arról van szó, hogy az ősrobbanáskor a világegyetem nem rendelkezett anyagtöbblettel, szimmetrikus volt, de az idő előrehaladtával olyan állapotokon ment keresztül (tágulás és a különböző fázisátmenetek), hogy a lezajló folyamatokban lehetővé vált egy arányaiban ugyan kicsi, de összességében azért jelentékeny anyagtöbblet dinamikus létrejötte. Az anyagaszimmetria dinamikus keletkezéséhez három feltétel szükséges. Ezeket Szaharov orosz fizikus mondta ki először még 1967-ben.
Először is, létezniük kell olyan folyamatoknak, amelyekben a barionszám megmaradása nem teljesül. Ez alapvetően megkövetelt feltétel, ugyanis e nélkül a keletkezett barionok és antibarionok száma megegyezne, és mivel kezdetben mindkettő nulla volt, így nem alakulna ki az anyagtöbblethez szükséges bariontöbblet. Arra, hogy ilyen folyamatok valóban léteztek saját létünkön kívül nincs más utalás. Eddig ugyanis nem volt olyan kísérleti megfigyelés, ahol a barionszám megmaradása sérült volna. Ennek megfigyelése állandó feladat a részecskefizikában, de ez idáig sikertelen. Ezt szolgálja például a proton bomlásának, illetve éppen a nem bomlásának figyelemmel kísérése. Úgy tűnik, hogy ennek a bomlásnak a karakterisztikus ideje a világegyetem korát legalább húsz nagyságrenddel meghaladja.
Ezek a tények ugyan igen megnehezítik az anyagaszimmetria kutatását, ám szerencsésen biztosítják anyagi világunk létének alapjait, s így azt is, hogy kísérleteket, megfigyeléseket végezhetünk, gondolkozhatunk rajtuk.

Vanyó József