As ondas gravitacionais podem ser a chave para responder por que mais matéria sobrou após o Big Bang – ScienceDaily

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Uma equipe de pesquisadores teóricos descobriu que pode ser possível detectar bolas-Q em ondas gravitacionais, e sua detecção responderia por que mais matéria do que antimatéria sobrou após o Big Bang, relata um novo estudo em Cartas de revisão física.

A razão de os humanos existirem é porque em algum momento do primeiro segundo da existência do Universo, de alguma forma, mais matéria foi produzida do que antimatéria. A assimetria é tão pequena que apenas uma partícula extra de matéria foi produzida cada vez que dez bilhões de partículas de antimatéria foram produzidas. O problema é que, embora essa assimetria seja pequena, as teorias atuais da física não podem explicá-la. Na verdade, as teorias convencionais dizem que a matéria e a antimatéria deveriam ter sido produzidas em quantidades exatamente iguais, mas a existência dos humanos, da Terra e de tudo o mais no universo prova que deve haver mais física não descoberta.

Atualmente, uma ideia popular compartilhada por pesquisadores é que essa assimetria foi produzida logo após a inflação, um período no universo inicial em que houve uma expansão muito rápida. Uma bolha de campo poderia ter se estendido ao longo do horizonte para evoluir e se fragmentar da maneira certa para produzir essa assimetria.

Mas testar esse paradigma diretamente tem sido difícil, mesmo usando os maiores aceleradores de partículas do mundo, uma vez que a energia envolvida é bilhões a trilhões de vezes mais alta do que qualquer coisa que os humanos possam produzir na Terra.

Agora, uma equipe de pesquisadores no Japão e nos Estados Unidos, incluindo Graham White, pesquisador do projeto do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo, e o cientista sênior visitante Alexander Kusenko, que também é professor de física e astronomia na UCLA, encontraram um nova maneira de testar esta proposta usando blobs de campo conhecidos como Q-balls.

A natureza das bolas-Q é um pouco complicada de entender, mas elas são bósons como o bóson de Higgs, explica Graham White, principal autor e pesquisador do projeto Kavli IPMU.

“Uma partícula de Higgs existe quando o campo de Higgs está excitado. Mas o campo de Higgs pode fazer outras coisas, como formar uma massa. Se você tiver um campo que é muito parecido com o campo de Higgs, mas tem algum tipo de carga – não um campo elétrico carga, mas algum tipo de carga – então um nódulo tem a carga como uma partícula. Como a carga não pode simplesmente desaparecer, o campo tem que decidir se estará em partículas ou nódulos. Se a energia for mais baixa estar em pedaços partículas, então o campo fará isso. Um monte de pedaços coagulando formarão uma bola Q. “

“Nós argumentamos que muitas vezes essas bolhas de campo conhecidas como bolas Q permanecem por algum tempo. Essas bolas Q diluem-se mais lentamente do que a sopa de radiação de fundo à medida que o Universo se expande até que, eventualmente, a maior parte da energia no Universo esteja em essas bolhas. Nesse ínterim, ligeiras flutuações na densidade da sopa de radiação começam a crescer quando essas bolhas dominam. Quando as bolas Q decaem, sua decadência é tão repentina e rápida que as flutuações no plasma se tornam ondas sonoras violentas que levam a ondulações espetaculares no espaço e no tempo, conhecidas como ondas gravitacionais, que poderiam ser detectadas nas próximas décadas. A beleza de procurar ondas gravitacionais é que o Universo é completamente transparente às ondas gravitacionais desde o início “, disse Branco.

Os pesquisadores também descobriram que as condições para criar essas ondulações são muito comuns, e as ondas gravitacionais resultantes devem ser grandes o suficiente e baixa frequência para serem detectadas por detectores de ondas gravitacionais convencionais.

“Se foi assim que a assimetria foi feita, é quase certo que em breve detectaremos um sinal do início dos tempos confirmando essa teoria sobre por que nós, e o resto do mundo da matéria, existimos”, disse White.

Detalhes de seu estudo foram publicados em Cartas de revisão física em 27 de outubro.



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