Вибухове народження Всесвіту: як виникли його фундаментальні частинки.
Момент, коли виник наш Всесвіт, — це не просто грандіозна подія в історії космосу, а одна з найбільших загадок сучасної фізики. Саме в ці перші частки секунди після Великого вибуху (Big Bang) сформувалися фундаментальні частинки — «цеглинки» матерії, з яких збудоване все: від зорь і планет до нашого з вами тіла.
У новому дослідженні, фізик-теоретик доктор Джордж Елліс з Університету Кембридж пояснив, як у надгарячому та надщільному середовищі раннього Всесвіту народилися перші елементарні частинки. За його словами, саме завдяки короткочасному, але надпотужному вибуховому процесу, з’явились протони, нейтрони, електрони — і врешті-решт усе, що ми спостерігаємо сьогодні.
Початок у 10⁻³⁵ секунди
Фізики вважають, що в перші моменти після Великого вибуху — приблизно на 10⁻³⁵ секунди — Всесвіт розширювався в мільярди разів швидше за швидкість світла у фазі, яку називають інфляцією. Температура тоді перевищувала 10²⁷ кельвінів, і енергія була настільки великою, що не існувало жодних атомів — лише енергія, яка згодом трансформувалась у частинки. Саме в цей період і почали з’являтися фундаментальні частинки — кварки, глюони, лептони. Ці частинки утворили «суп» — первинну плазму, яка заповнювала молодий Всесвіт.
Формування речовини з енергії
Згідно з рівнянням Ейнштейна E=mc², енергія може перетворюватися на масу — тобто на частинки. У ранньому Всесвіті енергія породила пари частинка-античастинка: електрон і позитрон, кварк і антикварк. Але більшість цих пар знищувалися майже миттєво. Проте, як пояснив доктор Елліс, існувала дуже невелика асиметрія — на кожний мільярд пар частинка-античастинка припадала одна «зайва» частинка матерії. Саме завдяки цій крихітній перевазі матерія «вижила», і з неї утворилися атоми, зорі, планети — і ми.
Кварки, глюони і перші протони
Коли Всесвіт трохи охолов (близько 10⁻⁶ секунди після Великого вибуху), кварки об’єдналися у протони та нейтрони — основні компоненти атомних ядер. Це стало можливим завдяки сильній ядерній взаємодії — одній з чотирьох фундаментальних сил природи. Ще через кілька хвилин почався процес нуклеосинтезу — утворення перших ядер гелію, дейтерію і літію. Але атоми, в нашому розумінні, сформувалися лише через 380 тисяч років — коли температура знизилась настільки, що електрони могли «прилипнути» до ядер, створивши стабільні атоми водню.
Докази в космічному фоні
Докази всього цього досі існують навколо нас. Один із них — космічне мікрохвильове фонове випромінювання, яке є «відлунням» Великого вибуху. Це світло, що виникло, коли Всесвіт став прозорим, і ми можемо бачити його навіть сьогодні в кожному напрямку неба.
Значення дослідження
Робота доктора Еллліса допомагає краще зрозуміти механізми, які керували народженням матерії. Це має не лише фундаментальне значення для фізики частинок, але й може стати основою для майбутніх проривів у галузі високих енергій, а також допомогти об’єднати квантову фізику та загальну теорію відносності.
Погляд у майбутнє
Чи можливе повне відтворення умов Великого вибуху у лабораторії? Частково — так. Великі прискорювачі, такі як Великий адронний колайдер (CERN), вже сьогодні здатні відтворити мініатюрні «копії» перших миттєвостей Всесвіту. Але ще багато питань залишаються відкритими.
Проте одне зрозуміло напевно: ми всі — зірковий пил, утворений унаслідок космічного вибуху, що поклав початок усьому.