ZNANSTVENICI su nedavno došli do otkrića koje bi moglo uzdrmati današnje shvaćanje zakona fizike. Naime, u hladnim područjima Antarktike u nekoliko su navrata registrirali izuzetno čudne čestice čija je narav za sada neobjašnjiva.

Prvo su NASA-ini stručnjaci još 2006., a zatim i 2014. godine pomoću balona s detektorom čestica (Antarctic Impulsive Transient Antenna, ANITA) uočili neobične signale. S vremenom su shvatili da se radi o visokoenergetskim česticama koje su se kretale pod kutom koji sugerira da su neometano jurile kroz naš planet.

Standardna fizika nema objašnjenje

Najnovija analiza tih čudnovatih čestica isključila je sva moguća objašnjenja njihove pojave standardnim modelom. Standardni model je teorija u fizici elementarnih čestica koja uspješno opisuje tri od četiri fundamentalne interakcije između elementarnih čestica od kojih se sastoji sva poznata materija: elektromagnetizam te jaku i slabu nuklearnu interakciju. 

Prema dosadašnjim spoznajama, novootkrivene čestice mogu se objasniti jedino izvan principa standardnog modela, što bi značilo da će za njihovo tumačenje možda biti potrebna neka sasvim nova fizika.

Fizičari išli provjeriti radi li se o neutrinima

Znanstvenici su prvo razmatrali ideju da se radi o neutrinima, vrlo neobičnim česticama bez električnog naboja koje slabo međudjeluju s materijom, odnosno za koje se zna da bez problema prolaze kroz druge tvari. No, nove čestice registrirane su na vrlo visokim energijama i da se radi o neutrinima, oni bi pri tako visokim energijama ipak reagirali s česticama unutar Zemlje, a ne bi s lakoćom klizili kroz tisuće kilometara tla.

Neki znanstvenici smatrali su da se možda ipak može raditi o visokoenergetskim neutrinima koji su došli iz svemira, možda iz neke daleke galaksije koja ih je pogurala i ubrzala na putu prema nama.

Skupina znanstvenika odlučila je provjeriti ovu hipotezu. Tog posla prihvatili su se fizičar Alex Pizzuto sa Sveučilišta Wisconsin-Madison i njegovi kolege koji rade u opservatoriju IceCube Neutrino, zasebnom projektu na Antarktici unutar kojeg se može otkriti širi spektar neutrina, uključujući i one nižih energija.

Naime, takvi niskoenergetski neutrini trebali su iz istog izvora u svemiru stići na Zemlju u isto vrijeme kao i visokoenergetski koje je registrirala ANITA kada bi hipoteza stajala.

Tim je u siječnju završio dugogodišnju analizu svih prikupljenih podataka tražeći dokaze o postojanju takvih signala. No, nisu naišli ni na kakve tragove.

"Što god da je uzrok tim česticama, bilo da je riječ o novoj fizici ili nekom procesu koji nam je za sada nepoznat, ovo je izuzetno zanimljivo razdoblje“, rekao je fizičar Stefan Söldner-Rembold sa Sveučilišta Manchester.

Neki smatraju da se radi o dokazu supersimetrije

U znanstvenoj zajednici pojavile su se nove teorije o tome što bi mogle biti zagonetne čestice, ako doista dovode u pitanje standardni model.

Astrofizičar Derek Fox s Državnog sveučilišta Pennsylvania smatra da bi se moglo raditi o stau neutrinima, odnosno težem obliku tau neutrina. Takav scenarij odgovarao bi supersimetriji - teoriji da sve elementarne čestice imaju svoje mnogo masivnije supersimetrične partnere.

Problem je u tome što drugi eksperimenti osmišljeni za otkrivanje supersimetričnih čestica, poput Velikog hadronskog sudarivača (LHC) u CERN-u u blizini Ženeve, nisu uspjeli uočiti takve čestice.

Važna CPT-simetrija

Za znanstvenu disciplinu koja proučava razdoblje neposredno nakon velikog praska, važan je pojam simetrije, ideji da fizički zakoni ostaju unatoč nekomu zahvatu (transformaciji) na fizikalnom sustavu. Takve se transformacije nazivaju simetričnim transformacijama. Primjerice, rezultati pokusa ne bi smjeli ovisiti o poziciji laboratorija ili o trenutku u povijesti u kojem se izvode.

Ove simetrije označavamo kraticama. C je kratica za promjenu koja zamjenjuje česticu antičesticom, a da pritom ne utječe na njeno ponašanje. P označava simetriju transformacije pariteta, pri čemu se fizika u jednom scenariju ne razlikuje od one u zrcalnoj slici, odnosno u prostornom zrcaljenu. T predstavlja simetriju preokreta vremena, što znači da postupak odigran unatrag u vremenu ne krši nikakve fizičke zakone.

Poznato je samo par procesa u kojima su uključene standardne čestice koji krše C, P ili T simetriju. No, u svim tim slučajevima kao kompenzacija krše se i ostale dvije simetrije, tako da se, gledajući u cjelini, simetrija CPT nikada ne narušava, piše New Scientist.

2018. godine Neil Turok iz instituta Perimeter Institute for Theoretical Physics u Kanadi i njegovi suradnici Latham Boyle i Kieran Finn pokušavali su otkriti kako bi izgledala CPT simetrija u najranijim trenucima našeg svemira. Njihove računice došle su do toga da je u Velikom prasku postojao strogo ograničen broj i vrsta čestica. Među njima se našla hipotetska čestica desnog neutrina koja je bila kandidat za tamnu materiju.

Kandidata za tamnu materiju ima dosta. Međutim, ovaj desni neutrino imao je masu od 500 milijuna milijardi elektronvolta, odnosno, što Turok u to vrijeme nije znao, istu masu kao čestice koje je zabilježio balon ANITA.

Paralelni svemiri

Ako je ova pretpostavka istinita i ako se u prvim trenucima stvaranja svemira održala CPT simetrija, onda je naš svemir sadržavao jednake količine materije i antimaterije. Ove dvije tvari se međusobno ne podnose i kada bi se srele, odmah bi se uništile, ostavljajući za sobom samo energiju.

S obzirom na to da u današnjem svemiru ima mnogo više materije nego antimaterije, mnogi kozmolozi smatraju da simetrija CPT nije bila u potpunosti održana na početku stvaranja svemira.

Stoga su se Turok i njegovi kolege zapitali: kako to da uopće postoji naš svemir?

Odgovor izgleda opet leži u CPT simetriji. Tako Turok pretpostavlja da su se, ako se želi očuvati CPT simetrija, tijekom Velikog praska stvorila dva paralelna svemira; s tim da je većina materije završila u našem svemiru, a većina antimaterije u drugom, paralelnom svemiru. U tom drugom svemiru sve bi trebalo ići u suprotnom smjeru, a zvijezde ili planeti bili bi sačinjeni od antimaterije, a ne od materije. Što je još začuđujuće, ovaj bi se svemir s vremenom vraćao unatrag prema Velikom prasku, a ne širio od njega kao naš svemir.

Potrebne su dodatne potvrde

Ideja o ovakvom paralelnom svemiru radikalan je odmak od trenutne kozmologije, ali Turok vjeruje da će on i kolege uspjeti razriješiti sve poteškoće bez uvođenja još jedne nove čestice.

Ako je ANITA doista uhvatila desni neutrino kojeg predviđa teorija anti-svemira, onda bi ga trebali otkriti i drugi neutrinski opservatoriji. Kao što smo već spomenuli, opservatorij IceCube Neutrino nije naišao na takve čestice.

S druge strane, teorijski fizičar Luis Anchordoqui sa Sveučilištu New York smatra da se visokoenergetski tau neutrino može zamijeniti s muon neutrinom niže energije, kojeg je IceCube već uočio. To bi značilo da su i ANITA i IceCube možda otkrili dokaze o postojanju paralelnog svemira.