Fisikawan menghidupkan kembali teori ‘simpul’ berusia 150 tahun untuk menjelaskan misteri materi-antimateri

Karena berbagai alasan, biasanya karena alasan sejarah, bahkan oleh fisikawan terbaik sekalipun Kata-kata mengerikan yang mengklaim sesuatu Bagi pengamat modern. Ini tidak berarti bahwa ide-ide ini sama sekali tidak berguna—meskipun jika ada, begitu teori-teori tersebut ditolak, para ilmuwan harus memecahkan kebuntuan dalam fisika eksistensial.

ditulis untuk Surat review fisikSekelompok fisikawan Jepang melakukan hal tersebut dengan menawarkan penafsiran baru terhadap teori tahun 1867 yang menggambarkan atom sebagai “simpul” dalam eter. Makalah ini tidak menganjurkan penggunaan eter, yang disebut sebagai elemen “kelima” dalam sains kuno dan abad pertengahan. Sebaliknya, para peneliti mempertimbangkan versi sejarah alam semesta di mana simpul-simpul energi kosmik secara bertahap bergabung dengan materi seperti yang kita kenal sekarang.

Masalah simpul?

Semua materi di alam semesta mempunyai saudara kembar yang jahat: antimateri. Setelah Big Bang, pasangan partikel ini seharusnya saling membatalkan atau memusnahkan satu sama lain, sehingga hanya menyisakan alam semesta yang penuh radiasi. Fisikawan tidak sepenuhnya yakin mengapa hal ini terjadi, namun tampaknya hal ini berhasil mengatasi sedikit ketidakseimbangan yang mendukung materi, sehingga menghasilkan apa yang kita lihat di sekitar kita, termasuk keberadaan fisik kita sendiri. Fisikawan telah mengembangkan berbagai penjelasan untuk menjelaskan paradoks ini, yang dikenal sebagai asimetri materi-antimateri, melalui proses yang disebut pelanggaran charge-parity (CP), namun belum ada solusi yang jelas.

William Thomson – juga dikenal sebagai Lord Kelvin – percaya bahwa atom pada dasarnya adalah simpul, “yang secara matematis didefinisikan sebagai kurva tertutup untuk menyematkan dalam ruang tiga dimensi,” menurut makalah tersebut. Kebangkitan teori ini oleh para peneliti menerapkan konsep simpul pada paket gelombang energi yang merambat melalui alam semesta awal. Setelah Big Bang, serangkaian transisi fase menciptakan retakan di ruang angkasa, meninggalkan “cacat seperti benang” akibat ledakan.

Simpul kosmik akan terbentuk ketika filamen-filamen ini terjerat oleh perluasan dan kontraksi ruang-waktu, kata para peneliti. Akhirnya, terurai melalui simpulnya Terowongan kuantum—fenomena yang melatarbelakangi peraih Nobel bidang fisika tahun ini—memungkinkan partikel menembus penghalang di dunia kuantum.

Pohon keluarga kosmik

Jika simpul-simpul ini sedikit bias terhadap materi dibandingkan antimateri, penemuan mereka dapat membantu menjelaskan ketidakseimbangan materi-antimateri, kata makalah tersebut. Penyelidikan matematis menyeluruh terhadap hipotesis ini menegaskan bahwa, setidaknya, teori tersebut berlaku.

“Pada dasarnya, keruntuhan ini menghasilkan banyak partikel,” kata Yu Hamada, rekan penulis studi dan fisikawan partikel di Universitas Keio di Jepang, dalam sebuah pernyataan. penyataan. Partikel-partikel ini termasuk suatu bentuk neutrino – partikel netral secara elektrik dengan massa hampir nol – yang peluruhannya “secara alami dapat menciptakan ketidakseimbangan antara materi dan antimateri,” jelas Hamada.

“Neutrino yang lebih berat ini membusuk menjadi partikel yang lebih ringan seperti elektron dan foton, menciptakan aliran sekunder yang memanaskan kembali alam semesta,” tambahnya. “Dalam pengertian ini (neutrino) adalah induk dari semua materi di alam semesta saat ini, termasuk tubuh kita sendiri, sedangkan simpul dapat dianggap sebagai nenek moyang kita.”

Proposal baru ini mewakili cara baru untuk berpikir tentang masalah materi-antimateri, namun para peneliti mengakui bahwa, untuk saat ini, teori tersebut masih berupa teori. Namun, perhitungan mereka menunjukkan bahwa simpul kosmik seharusnya meninggalkan string yang runtuh—struktur yang dapat dideteksi oleh observatorium gelombang gravitasi seperti LIGO atau LISA.

Dan jika mereka bisa, ini akan menjadi kesempatan bagi para penggemar teori string.