理論的には、すべての基本粒子には対応する反粒子があります。物質と反物質が結合すると消滅が起こります。したがって、惑星や星などの存在は、反物質よりも多くの物質が存在することを示唆しています。科学は、対称的な物理学を前提としているため、長い間この現象に魅了され、困惑してきました。この謎の答えは宇宙の起源に隠されているのかもしれません。
物理学: 物質と反物質
ビッグバンと最初の原子の生成の間のどこかで、宇宙の仕組みが大きく変わった点があったに違いありません。この瞬間は、物理学における基本的な概念であるパリティを覆すほどの衝撃を与え、あるいはそもそもパリティを生み出したほどでした。それは、物理システム (物質) が空間反射 (反物質) と比較して持つ対称性を記述するためです。
「私は常に宇宙の大きな疑問に興味がありました」とフロリダ大学（UF）の天文学教授ザカリー・スレピアン氏は最近Phys.Org に語った。 「宇宙の始まりとは？どのようなルールに従って開発されますか？なぜ何もないのではなく、何かがあるのでしょうか? これらの大きな疑問は、Slepian と彼のチームが王立天文学協会の月刊通知に発表した新しい研究でも取り上げられています。
研究者らは、調査の一環として、私たちが今日住んでいる宇宙を可能にしたパリティ違反の証拠を初めて発見したと主張している。なぜなら、もしこの乱れが存在しなかったら、今日目に見える物質も反物質も存在しないからです。地球も太陽も天の川もありません。具体的なものや想像できるものさえありません。そしてそれを想像できた人は誰もいません。
- こちらも興味深い: 多元宇宙を旅する: ブラック ホールが鍵になる可能性がある
研究は「新しい数学」を求めた
「宇宙論的パリティ違反の検出は、宇宙の初期の瞬間に存在するこれまで知られていなかった力を反映しているだろう」と研究チームは書いている。 Slepian 氏に加えて、この研究の筆頭著者で大学博士研究員の Jiamin Hou 氏と、カリフォルニア州ローレンス バークレー国立研究所の物理学者 Robert Cahn 氏で構成されています。
このトリオのアイデアは、パリティ違反を証明するために、4 つの銀河からなる特定のグループを詳しく調べることでした。彼らはこの手法を自ら開発し、以前の研究の一部として 2021 年末に Physical Review Letters に発表しただけでした。それには、100 万の銀河ごとに 1 兆の仮想四面体の分析が必要でした。 「最終的に、私たちは新しい数学が必要であることに気づきました」とスレピアンは言います。結局のところ、彼らは 1 兆 (10 18 ) 通りの可能な組み合わせに直面しました。
チームは、妥当な時間内で膨大な計算を完了するための洗練された計算式を開発しました。今では、必要なものは 1 つだけです。それは、大量のコンピューティング能力です。 HiPerGator スーパーコンピューターを使用した UF の独自のテクノロジーにより、結果をテストするためにさまざまな設定で何千回も分析を実行することができました」と教授は回想します。
- こちらも興味深い:ビッグバンの前に何が起こったのか?理論はひとつだけではない
「インフレの顕著な証拠」
予備研究の一環として、このトリオは次のように予測しました。「全体として、[大規模な 3D 構造] 内でパリティ違反信号が検出されれば、初期宇宙の物理学に光が当てられ、おそらく標準を超えた物理プロセスさえ明らかにされるでしょう」まさにそれが研究者らによって達成されたものです。」彼らは、4 点相関関数 (4PCF) を使用して、パリティ違反の可能性のある証拠を提供しました。
チームの分析が測定によって確認できれば、科学は宇宙と物理学に関するいくつかの基本的な疑問の答えを見つけることに大きく近づくことになるだろう。しかし、ホウ、スレピアン、カーンは、まだ疑いの余地がないということを示していない。基礎となる測定値の不確実性が非対称性を説明できる可能性があります。その可能性はありますが、可能性は非常に低いです。
Slepian 氏によると、パリティ違反に関するチームの証拠は、別の興味深い答えももたらしています。それは「インフレーション中にのみ宇宙に課せられるため、私たちが発見したものはインフレーションの説得力のある証拠です。」宇宙が極めて急速に膨張したとされるビッグバン直後の段階。