Con l'ausilio di simulazioni al computer, I ricercatori di fisica delle particelle potrebbero essere in grado di spiegare perché c'è più materia che antimateria nell'Universo. Le simulazioni offrono un nuovo modo di esaminare le condizioni dopo il Big Bang, e potrebbe fornire risposte ad alcune domande fondamentali nella fisica delle particelle.

Nel Modello Standard della fisica delle particelle, non c'è quasi alcuna differenza tra materia e antimateria. Ma c'è un'abbondanza di prove che il nostro universo osservabile è costituito solo da materia - se ci fosse dell'antimateria, si annichilirebbe con la materia vicina per produrre radiazioni gamma ad altissima intensità, che non è stato osservato. Perciò, capire come siamo finiti con un'abbondanza di sola materia è una delle più grandi questioni aperte nella fisica delle particelle.

A causa di questa e di altre lacune nel Modello Standard, i fisici stanno considerando teorie che aggiungono alcune particelle extra in modi che aiuteranno a risolvere il problema. Uno di questi modelli è chiamato Two Higgs Doublet Model, quale, nonostante il nome, in realtà aggiunge quattro particelle extra. Questo modello può essere fatto per concordare con tutte le osservazioni di fisica delle particelle fatte finora, compresi quelli del Large Hadron Collider del CERN, ma non era chiaro se potesse risolvere anche il problema dello squilibrio materia-antimateria. Il gruppo di ricerca, guidato da un team dell'Università di Helsinki, deciso di affrontare il problema da una prospettiva diversa. I loro risultati sono stati ora pubblicati in un articolo in Lettere di revisione fisica .

Circa dieci picosecondi dopo il Big Bang, proprio nel momento in cui il bosone di Higgs si stava accendendo, l'universo era un plasma caldo di particelle.

"La tecnica della riduzione dimensionale ci permette di sostituire la teoria che descrive questo plasma caldo con una teoria quantistica più semplice con un insieme di regole che tutte le particelle devono seguire", spiega il dottor David Weir, l'autore corrispondente dell'articolo.

"Si scopre che il più pesante, le particelle che si muovono più lentamente non contano molto quando vengono imposte queste nuove regole, quindi ci ritroviamo con una teoria molto meno complicata."

Questa teoria può poi essere studiata con simulazioni al computer, che forniscono un quadro chiaro di quanto accaduto. In particolare, possono dirci quanto violentemente era fuori equilibrio l'universo quando il bosone di Higgs si è acceso. Questo è importante per determinare se c'era spazio per produrre l'asimmetria materia-antimateria in questo momento nella storia dell'universo usando il Two Higgs Doublet Model.

"I nostri risultati hanno mostrato che è effettivamente possibile spiegare l'assenza di antimateria e rimanere in accordo con le osservazioni esistenti", Osservazioni del dottor Weir. È importante sottolineare che sfruttando la riduzione dimensionale, il nuovo approccio era completamente indipendente da qualsiasi lavoro precedente in questo modello.

Se il bosone di Higgs si attivasse in modo così violento, avrebbe lasciato degli echi. Mentre le bolle della nuova fase dell'universo si nucleavano, proprio come le nuvole, e si espanse finché l'universo fu come un cielo coperto, le collisioni tra le bolle avrebbero prodotto molte onde gravitazionali. I ricercatori dell'Università di Helsinki e altrove si stanno ora preparando per cercare queste onde gravitazionali in missioni come il progetto europeo LISA.