Bahnbrechende Entdeckung! Positive Materie kann aufgrund von Neutrinos existieren, die die positive und die Antimaterie neu mischen!

Die wissenschaftliche Forschung steckt voller Überraschungen. Eine neue Studie eines internationalen Forscherteams zeigt nun, dass Gravitationswellen – Kräuselungen in der Raumzeit – einen weiteren Beweis dafür enthalten könnten, dass Materie den Urknall überlebt hat, weil ein Phasenübergang es Neutrinos ermöglichte, Materie und Antimaterie neu zu mischen. Wie alles vor der totalen Zerstörung gerettet wird, ist keine Frage, die in Science-Fiction- oder Hollywood-Filmen auftaucht. Nach der Urknalltheorie der modernen Kosmologie gibt es gleiche Mengen an Materie und Antimaterie, wenn sie in diesem Zustand verbleiben.

Materie und Antimaterie sollten sich schließlich treffen und eins zu eins vernichten, was zur vollständigen Vernichtung führen würde. Dann wird das Universum leer sein und es wird keine Galaxien, Sterne, schwarzen Löcher, Planeten und Milliarden von Lebensarten auf der Erde geben! Die Existenz aller Dinge im Universum widerspricht jedoch dieser Theorie. Um die vollständige Vernichtung von Materie und Antimaterie zu überwinden, muss das Universum eine kleine Menge Antimaterie in (positive) Materie umwandeln, wodurch ein Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie entsteht. Theoretische Studien haben gezeigt, dass das erforderliche Ungleichgewicht nur ein Teil pro Milliarde beträgt, aber wann und wie dieses Ungleichgewicht entsteht, bleibt ein Rätsel.

„Wenn wir auf die ersten Millionen Jahre oder so der Existenz des Universums zurückblicken, wird es undurchsichtig für Licht, was die Frage aufwirft: ‚Warum sind wir hier?‘“, sagte der Co-Autor der Studie, Jeff Dror, ein Postdoktorand an der University of California, Berkeley, und Physikforscher am Lawrence Berkeley National Laboratory. Diese grundlegende Frage ist schwer zu beantworten. Da Materie und Antimaterie entgegengesetzte Ladungen haben, können sie nicht ineinander umgewandelt werden, es sei denn, sie sind elektrisch neutral. Neutrinos sind die einzigen elektrisch neutralen Materieteilchen, die wir haben, und daher die stärksten Kandidaten für diese Aufgabe.

Eine von vielen Forschern unterstützte Theorie besagt, dass das Universum einen Phasenübergang durchlief, sodass Neutrinos Materie und Antimaterie neu anordnen konnten. Phasenübergänge sind wie kochendes Wasser, das zu Dampf wird, oder abkühlendes Wasser, das zu Eis wird. Das Verhalten von Materie ändert sich bei einer bestimmten Temperatur, der sogenannten kritischen Temperatur. Wenn ein bestimmtes Metall auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wird, verliert es durch einen Phasenübergang vollständig seinen Widerstand und wird zu einem Supraleiter. Es ist auch die Grundlage der Magnetresonanztomographie (MRT) oder der Magnetschwebetechnik zur Krebsdiagnose. Außerdem kann es Züge schweben lassen, sodass sie mit einer Geschwindigkeit von 480 km/h fahren können, ohne dass ihnen schwindelig wird.

„Genau wie Supraleiter könnten Phasenübergänge im frühen Universum sehr dünne Röhren aus Magnetfeldern erzeugt haben, die als kosmische Strings bezeichnet werden“, erklärte der Co-Autor der Studie, Hidefumi Murayama, McAdams-Professor für Physik an der UC Berkeley, leitender Forscher am Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums an der Universität Tokio und leitender Wissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory. Die Forscher glauben, dass die kosmischen Strings dann versuchten, sich zu vereinfachen, wodurch winzige Kräuselungen in der Raumzeit, sogenannte Gravitationswellen, entstanden. Für fast alle möglichen kritischen Temperaturen werden zukünftige Weltraumobservatorien Folgendes bieten:

Diese Temperaturen können von Missionen wie LISA, BBO (European Space Agency) oder DECIGO (Japan Aerospace Exploration Agency) erfasst werden. Graham White, Co-Autor der Studie, sagte: „Die Entdeckung der Gravitationswellen gibt uns eine neue Möglichkeit, weiter in die Vergangenheit zu blicken, da das Universum von Anfang an für die Schwerkraft „transparent“ war.“ Als die Temperaturen zu Beginn des Universums wahrscheinlich eine Billion bis eine Billiarde Mal höher waren als an den heißesten Orten im Universum heute, war das Verhalten der Neutrinos wahrscheinlich genau das, was nötig war, um die Existenz positiver Materie im Universum sicherzustellen.

Die Studie beweist, dass möglicherweise ein nachweisbarer Hintergrund von Gravitationswellen vorhanden ist. Kosmische Strings waren einst eine beliebte Methode, um winzige Variationen in der Dichte der Masse zu erzeugen, aus der schließlich Sterne und Galaxien entstanden. Sie wurden jedoch verworfen, als Daten aus früheren Studien diese Idee widerlegten. „Jetzt, mit der neuen Forschung, ist die Idee aus anderen Gründen zurück, was aufregend ist“, sagte Takashi Hiramatsu, ein Postdoktorand am Institut für kosmische Strahlungsforschung der Universität Tokio, das für Japans Gravitationswellendetektoren KAGRA und das Super-Kamiokande-Experiment verantwortlich ist.

Kazunori Kohri, außerordentlicher Professor am Theoretischen Zentrum der Japan High Energy Accelerator Research Organization, sagte: „Das Spektrum der Gravitationswellen kosmischer Strings unterscheidet sich stark vom Spektrum astrophysikalischer Quellen wie der Verschmelzung schwarzer Löcher. Daher ist es durchaus möglich, anzunehmen, dass es sich bei dieser Quelle tatsächlich um kosmische Strings handelt.“ Es wäre sehr spannend zu wissen, warum es im Universum positive Materie gibt. es ist eine der ultimativen Fragen der Wissenschaft! Dieses Forschungsergebnis wurde als Empfehlung des Herausgebers in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

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Bo Ke Yuan | Forschung/Von: Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums

Referenzzeitschrift: Physical Review Letters

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.041804

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