Hypercharge brekende scenario's zouden de baryon asymmetrie van het universum kunnen verklaren

21 februari 2025 kenmerk

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

gecontroleerd op feiten

door vakgenoten beoordeelde publicatie

betrouwbare bron

nagelezen

door Ingrid Fadelli, Phys.org

Het Standaardmodel (SM), het belangrijkste natuurkundige kader dat elementaire deeltjes en de krachten die hen beïnvloeden beschrijft, schetst belangrijke patronen in fysische interacties die worden aangeduid als ijksymmetrieën. Een van de symmetrieën die het beschrijft is de zogenaamde U(1)Y zwak-isospin: een ijksymmetrie die bijdraagt aan de elektrische lading van deeltjes voordat elektromagnetische en zwakke krachten onderscheiden worden (d.w.z. voor de elektrozwakke faseovergang).

Onderzoekers van de Theoretische Natuurkunde Afdeling (DFT) van de Universidad Autónoma de Madrid en het Instituto de Física Teórica (IFT) voerden onlangs een studie uit naar hoe de omstandigheden in het vroege universum de spontane breking van deze ijksymmetrie konden teweegbrengen, waarbij ze dit fenomeen koppelden aan bepaalde modellen van neutrino massageneratie die bekend staan als radiatieve neutrino massamodellen. Hun paper, gepubliceerd in Physical Review Letters, bouwt specifiek voort op een theoretisch kader genaamd het Zee-Babu model, een uitbreiding van het SM dat neutrino massageneratie verklaart.

'In het SM werd de spontaan gebroken elektrozwakke ijksymmetrie, die de elektromagnetische en zwakke interacties van de natuur regelt, hersteld in de eerste ogenblikken van het universum, toen de temperatuur van het universum hoger was dan de elektrozwakke energieschaal,' vertelden professoren Jose Miguel No, Luca Merlo, Alvaro Lozano-Onrubia en Sergio López-Zurdo aan Phys.org.

'In de afgelopen jaren heeft een van ons (Prof. No) de mogelijkheid onderzocht dat deze symmetrie gebroken zou kunnen zijn gebleven in het vroege universum, omdat dit belangrijke gevolgen zou kunnen hebben voor de oorsprong van de primordiale materie-antimaterie-asymmetrie (de zogenaamde 'baryon asymmetrie van het universum'). Toch was het zeer moeilijk om uitbreidingen van het SM te vinden die zo'n effect zouden hebben.'

Tijdens een theoretische natuurkundeworkshop in München begon Prof. No de fenomenologie van sommige deeltjesfysicamodellen te bespreken die massieve deeltjes van SM neutrino's genereren met Prof. Kaladi Babu van de Oklahoma State University. Prof. Babu, een wereldexpert op het gebied van deze kaders, bekend als radiatieve neutrino massamodellen, bood waardevolle inzichten die de weg effenden voor de huidige studie van het team.

'Dit gesprek leidde tot het besef dat dergelijke modellen de benodigde ingrediënten hadden om de zwak-isospin ijksymmetrie - een van de twee symmetrieën die de elektrozwakke ijksymmetrie vormen - gebroken te houden bij zeer hoge temperaturen,' zeiden de onderzoekers.

'Terug bij het IFT in Madrid, zijn we allemaal bij elkaar gaan zitten en hebben bevestigd dat deze neutrino massamodellen vroegtijdige hypercharge-breking kunnen hebben en mogelijk een nieuw perspectief kunnen bieden op de relatie tussen neutrino-massa's en de baryon asymmetrie.'

Het SM heeft een eenvoudige scalaire sector die alleen het Higgs-veld bevat dat verantwoordelijk is voor het genereren van de massa van massieve deeltjes die door het model worden beschreven. Deze eenvoudige scalaire sector suggereert dat het universum een vrij basale thermische geschiedenis heeft, met exacte SM ijksymmetrieën bij hoge temperaturen. Toch breekt de elektrozwakke symmetrie spontaan bij lage temperaturen, een fenomeen dat experimenteel goed is vastgesteld.

'In bepaalde uitbreidingen van het SM met een rijkere scalaire sector zou de thermische geschiedenis van het universum echter complexer zijn geweest,' legden No, Merlo, Lozano-Onrubia en López-Zurdo uit. 'In het bijzonder toonden we aan dat in uitbreidingen waar deze rijkere scalaire sector gekoppeld is aan de generatie van neutrino-massa's, de SM hypercharge ijksymmetrie inderdaad bij hoge temperaturen kan worden gebroken, terwijl dit in het SM niet het geval is.'

De onderzoekers toonden aan dat het breken van de hypercharge-symmetrie in het Vroege universum de waargenomen onbalans tussen materie en antimaterie in het universum zou kunnen verklaren, wat bekend staat als het baryon-asymmetrieprobleem. In hun paper schetsen No, Merlo, Lozano-Onrubia en López-Zurdo een niet-conventioneel mechanisme dat heeft bijgedragen aan de vorming van het door materie gedomineerde universum van vandaag.

Ontdek het laatste nieuws op het gebied van wetenschap, technologie en ruimte met meer dan 100.000 abonnees die vertrouwen op Phys.org voor dagelijkse inzichten. Meld je aan voor onze gratis nieuwsbrief en ontvang updates over doorbraken, innovaties en onderzoek die ertoe doen - dagelijks of wekelijks.

'Ten eerste benadrukt onze studie het belang om de kwantumbijdragen in deze analyses te overwegen, aangezien onze resultaten cruciaal afhankelijk zijn van een juiste inclusie hiervan,' zeiden de onderzoekers.

'We hebben aangetoond dat deeltjesfysicamodellen met een niet-minimaal scalair sector zeer veelbelovende scenario's zijn om tegelijkertijd verschillende onopgeloste problemen van de SM te verklaren, in ons geval de oorsprong van neutrino massa's en de generatie van de baryonasymmetrie van het universum.'

Het recente werk van dit onderzoeksteam zou interessante mogelijkheden kunnen openen voor de studie van neutrino fysica en de oorsprong van materie. In de toekomst kan het bijdragen aan de ontwikkeling van alternatieve modellen van het universum die betere verklaringen bieden voor de materie-antimaterie asymmetrie.

'Tegelijkertijd effent ons werk het pad voor alternatieve, nieuwe manieren om de oorsprong van de baryonasymmetrie van het universum te verklaren die uiteindelijk leidt tot ons eigen bestaan,' zeiden de onderzoekers.

De recente analyses door No, Merlo, Lozano-Onrubia en López-Zurdo zijn specifiek van toepassing op een specifiek theoretisch kader van de generatie van neutrino massa bekend als het Zee-Babu model. Als onderdeel van hun huidige onderzoek proberen de onderzoekers vast te stellen of hun resultaten alleen van toepassing zijn op dit model of kunnen worden uitgebreid naar een breder scala aan theorieën die rijke scalair sectoren beschrijven.

'Bovendien kan dit fenomeen van 'inverse symmetriebreking' (dat een bepaalde symmetrie, die gedacht zou worden exact te zijn in het vroege universum, toen eigenlijk werd gebroken) een oplossing bieden voor andere problemen van de SM, zoals het 'sterke-CP' probleem - waarom de sterke interacties de discrete CP-symmetrie lijken te behouden,' voegden de onderzoekers toe. 'Dit is een mogelijkheid die we verkennen in een verdere analyse die we uitvoeren.'

Meer informatie: S. López-Zurdo et al, Vroeg universe Hypercharge Breking en Neutrino Mass Generatie, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.041802.

Tijdschriftinformatie: Physical Review Letters

© 2025 Science X Netwerk