Med hjälp av datorsimuleringar, partikelfysikforskare kanske kan förklara varför det finns mer materia än antimateria i universum. Simuleringarna erbjuder ett nytt sätt att undersöka förhållandena efter Big Bang, och skulle kunna ge svar på några grundläggande frågor inom partikelfysik.

I standardmodellen för partikelfysik, det är nästan ingen skillnad mellan materia och antimateria. Men det finns ett överflöd av bevis för att vårt observerbara universum endast består av materia – om det fanns någon antimateria, det skulle förinta med närliggande materia för att producera mycket högintensiv gammastrålning, som inte har observerats. Därför, att ta reda på hur vi slutade med ett överflöd av bara materia är en av de största öppna frågorna inom partikelfysik.

På grund av detta och andra luckor i standardmodellen, fysiker överväger teorier som lägger till några extra partiklar på ett sätt som hjälper till att lösa problemet. En av dessa modeller kallas Two Higgs Doublet Model, som, trots namnet, lägger faktiskt till fyra extra partiklar. Denna modell kan fås att överensstämma med alla partikelfysiska observationer som gjorts hittills, inklusive sådana från Large Hadron Collider vid CERN, men det var oklart om det också kunde lösa problemet med obalansen mellan materia och antimateria. Forskargruppen, leds av ett team från Helsingfors universitet, försökte ta itu med problemet från en annan vinkel. Deras resultat har nu publicerats i en tidning i Fysiska granskningsbrev .

Ungefär tio pikosekunder efter Big Bang – precis när Higgs-bosonen tändes – var universum ett hett plasma av partiklar.

"Tekniken för dimensionsreduktion låter oss ersätta teorin som beskriver denna heta plasma med en enklare kvantteori med en uppsättning regler som alla partiklar måste följa", förklarar Dr. David Weir, motsvarande författare till artikeln.

"Det visar sig att ju tyngre, långsammare rörliga partiklar spelar inte så stor roll när dessa nya regler införs, så vi slutar med en mycket mindre komplicerad teori."

Denna teori kan sedan studeras med datorsimuleringar, som ger en tydlig bild av vad som hände. Särskilt, de kan berätta för oss hur våldsamt ur jämvikt universum var när Higgs-bosonen slog på. Detta är viktigt för att avgöra om det fanns utrymme för att producera materia-antimateria-asymmetri vid denna tidpunkt i universums historia med hjälp av Two Higgs Doublet Model.

"Våra resultat visade att det verkligen är möjligt att förklara frånvaron av antimateria och förbli i överensstämmelse med befintliga observationer", Dr Weir anmärker. Viktigt, genom att använda dimensionsreduktion, det nya tillvägagångssättet var helt oberoende av något tidigare arbete i denna modell.

Om Higgs-bosonen tändes på ett så våldsamt sätt, det skulle ha lämnat ekon. När bubblorna i den nya fasen av universum bildades, ungefär som moln, och expanderade tills universum var som en mulen himmel, kollisionerna mellan bubblorna skulle ha producerat massor av gravitationsvågor. Forskare vid Helsingfors universitet och på andra håll rustar nu upp för att leta efter dessa gravitationsvågor vid uppdrag som det europeiska LISA-projektet.