Forskare har länge varit förbryllade över det faktum att universum verkar bestå nästan uteslutande av materia. Detta pussel uttrycks vanligtvis i termer av en asymmetri:Det ska med andra ord finnas lika stora mängder materia som antimateria. Varför de ursprungliga kosmiska förhållandena hade en minimal avvikelse från materia-antimateria-symmetri för att nästan uteslutande producera materia är ett av de största mysterierna inom modern vetenskap. Nu kan forskare vid University of California, Berkeley och Yale University ha hittat en delförklaring.

I en artikel som lämnats in till tidskriften Physical Review Letters föreslår forskarna en ny mekanism som genererar något olika massor för protonen och antiprotonen, vilket gjorde att universum kunde utvecklas mot ett tillstånd som innehåller mycket mer materia än antimateria.

"Många modeller har föreslagits för att förklara detta mysterium, men problemet med de allra flesta av dessa modeller är att de kräver förhållanden i det tidiga universum som inte har några uppenbara förklaringar", säger Hitoshi Murayama, professor i fysik vid UC Berkeley . "I vårt arbete fann vi att en enkel och mycket välmotiverad mekanism naturligt uppstår från en brett studerad och välkänd förlängning av standardmodellen, kallad Supersymmetri."

Enligt standardmodellen för fysik består all materia av subatomära partiklar som kallas kvarkar och leptoner, och krafterna som verkar mellan dessa partiklar förmedlas av bosoner. Standardmodellen förutsäger också förekomsten av antipartiklar för var och en av dessa partiklar, som har samma massa som deras motsvarande partiklar men motsatt elektrisk laddning.

I det tidiga universum trodde man att partiklar och antipartiklar skapades i lika stora mängder. Men inom en liten bråkdel av en sekund förintade den stora majoriteten av dessa partiklar och antipartiklar varandra och lämnade efter sig ett litet överskott av materia. Detta överskott av materia är det som så småningom bildade de galaxer och stjärnor som vi ser i universum idag.

Forskarna fann att den supersymmetriska versionen av standardmodellen naturligtvis leder till en liten skillnad i massa mellan protonen och antiprotonen. Denna massskillnad är tillräcklig för att tillåta universum att utvecklas mot ett tillstånd som innehåller mycket mer materia än antimateria.

I den supersymmetriska modellen antas protonen och antiprotonen vara uppbyggda av tre kvarkar, varav en är en tung "supersymmetrisk kvark" som är unik för den supersymmetriska modellen. Forskarna föreslår att interaktionen mellan tunga kvarkar och Higgspartikeln kan generera massaskillnaden mellan proton och antiproton.

"Den mekanism som vi föreslår kräver bara en mycket liten modifiering av standardmodellen, vilket är ganska övertygande ur en teoretisk synvinkel", sa Murayama. "Vårt nästa steg är att se om vårt förslag är förenligt med olika experimentella data som de som erhållits av LHC vid CERN."

Om forskarnas förslag stämmer kan det ge en delförklaring till det stora mysteriet varför universum har mindre antimateria än materia. Det kan också ge insikter i supersymmetrins natur, en teori som har studerats flitigt inom fysiken men som ännu inte har bekräftats experimentellt.