Een van de meest hardnekkige raadsels in de kosmologie is de vraag waarom het universum voornamelijk uit materie bestaat. Volgens de standaardwetten van de natuurkunde zouden materie en antimaterie in gelijke hoeveelheden zijn ontstaan tijdens de oerknal, wat theoretisch zou moeten leiden tot een totale vernietiging van beide. Toch is er een tastbare fysieke realiteit ontstaan. Nieuw onderzoek suggereert dat zware, ontkoppelde neutrino's de sleutel kunnen zijn tot het oplossen van dit mysterie, zoals beschreven door universetoday.com.
De dynamiek van het vroege universum
In de beginfase van het heelal waren neutrino's — subatomaire deeltjes die tegenwoordig nauwelijks interactie hebben met hun omgeving — nog sterk verbonden met andere fundamentele deeltjes. In een staat van thermisch evenwicht werkten zij samen met elektronen, protonen en neutronen. Deze situatie veranderde echter door de voortdurende uitdijing van het universum.
Ongeveer één seconde na de oerknal vond er een proces van ontkoppeling plaats. Neutrino's en neutronen raakten gescheiden van de overige materie, waarna ze zich begonnen te gedragen als de zwak interagerende deeltjes die we nu kennen. Deze deeltjes zijn nog steeds aanwezig in de vorm van de kosmische neutrino-achtergrond, een soort echo van de oerknal die vergelijkbaar is met de kosmische microgolfachtergrondstraling. Hoewel deze achtergrond nu subtiel is, wijst erop dat deze deeltjes een fundamentele rol hebben kunnen spelen in de vorming van onze wereld.
Symmetrie en de rol van heliciteit
In de kern van het probleem ligt de symmetrie tussen materie en antimaterie. Elk elementair deeltje heeft een tegenpool, zoals het positron voor het elektron. Normaal gesproken worden deze paren gelijktijdig geproduceerd. De vraag blijft waarom er een onbalans is ontstaan die leidde tot een universum gedomineerd door materie.
De verklaring zou kunnen liggen in de specifieke eigenschappen van neutrino's. Hoewel ze geen elektrische lading bezitten, is er een onderscheid tussen materie- en antimaterie-neutrino's op basis van hun 'heliciteit', oftewel hun draairichting. Materie-neutrino's zijn linksdraaiend, terwijl antimaterie-neutrino's rechtsdraaiend zijn. In het huidige universum reageren enkel de linksdraaiende varianten met materie. De rechtsdraaiende varianten worden steriele neutrino's genoemd en oefenen enkel een minimaal gravitationeel effect uit, aldus de berichtgeving van .
Het verval van zware neutrino's
Neutrino's komen voor in drie verschillende 'smaken' (gekoppeld aan het elektron, muon en tauon), elk met een eigen massa. Het onderzoek richt zich specifiek op de antimaterie-neutrino's met de grootste massa. Er wordt gesuggereerd dat deze zware, ontkoppelde neutrino's in een vroege fase van het universum de overhand hadden.
Het voorgestelde model stelt dat deze zware neutrino's na verloop van tijd vervielen. Omdat hun halfwaardetijd relatief lang was, gebeurde dit verval pas nadat andere fundamentele bouwstenen, zoals elektronen en protonen, reeds waren gevormd. Dit specifieke tijdstip van verval zou de cruciale onbalans hebben gecreëerd, waardoor er netto meer materie overbleef dan antimaterie. Volgens legde dit proces de noodzakelijke basis voor een universum gedomineerd door materie.