В 1867 году лорд Кельвин предложил необычную идею: атомы могут представлять собой узлы в эфире — гипотетической среде, заполняющей пространство. Несмотря на то, что теорию быстро отвергли, она повлияла на развитие математики и топологии. А сегодня физики вновь обратились к этой концепции, чтобы разгадать одну из главных загадок космоса: почему материя во Вселенной превалирует над антиматерией.
Исследователи из Хиросимского университета выдвинули гипотезу о «космических узлах» — устойчивых топологических структурах, появившихся на ранних стадиях существования Вселенной. Эти узлы могли образовываться при фазовых переходах, когда пространство-время охлаждалось и формировались дефекты, известные как космические струны. Взаимодействуя с другими полями, струны создавали узловые солитоны, которые распадались, выделяя избыток материи и формируя тяжелые нейтрино.
Процесс оставил после себя тонкие следы в виде гравитационных волн с повышенной частотой. Современные детекторы — такие как космическая обсерватория LISA, наземный Cosmic Explorer и японская DECIGO — способны уловить эти едва заметные колебания. Для наблюдения используются сверхчувствительные лазерные интерферометры, которые фиксируют изменения длины волны на доли миллиметра на миллионы километров.
Ученые рассчитали, что распад узлов мог повторно нагреть раннюю Вселенную до примерно 100 ГэВ. И именно это создало условия для формирования стабильной материи. Тяжелые нейтрино, рожденные при этом процессе, могли пройти через вещество практически бесследно, сохраняя энергетический баланс и способствуя дальнейшему преобладанию материи. Таким образом, узлы стали связующим звеном между квантовыми процессами и макрокосмическим устройством Вселенной.
Возрождение старой идеи позволило объединить симметрии барионного числа минус лептонное (BL) и Печчеи-Куинна (PQ). PQ-симметрия вводит аксионы, один из главных кандидатов на роль темной материи, а BL объясняет поведение нейтрино. Совмещение этих принципов помогло объяснить формирование устойчивых узлов и их влияние на эволюцию материи в космосе.
В будущем физики надеются зарегистрировать следы этих процессов и узнать больше о свойствах космических узлов. Возможность наблюдать за ними с помощью современных технологий толкает нас к революционным открытиям в физике элементарных частиц. Вот так идеи, казавшиеся устаревшими либо в корне неверными, могут однажды стать ключом к пониманию самых фундаментальных процессов во Вселенной.
Ранее мы писали о том, как Китай ищет нейтрино.