Spasení hmoty, kosmické struny a gravitační vlny. Kredit: R. Hurt/Caltech-JPL, NASA, and ESA / Kavli IPMU.

Je to známý příběh. Podle teorií kolem Velkého třesku mělo být ve vesmíru na počátku stejné množství hmoty a antihmoty. Jenomže kdyby to tak opravdu bylo, tak by se veškerá hmota s antihmotou společně vypařily ve víru všeobjímající anihilace. Ve vesmíru by nezbylo nic, jen nehmatatelné vlnění záření. Nicméně, něco podle všeho existuje. V našich úvahách je někde chyba. Jen přijít na to, kde.

Na počátku vesmíru očividně zůstalo něco málo hmoty. Aby vznikl vesmír, tak jak ho známe dnes, tak prý stačilo, aby na jednu miliardu antičástic antihmoty vyšla jedna miliarda plus jedna částice hmoty. Zatím je ale úplnou záhadou, jak taková nepatrná nerovnováha mohla vzniknout.

Jeff Dror. Kredit: LBNL.

Tuhle pozoruhodnou kosmologickou zápletku by mohly pomoct rozmotat gravitační vlny. Právě gravitační vlny specifického typu by k nám mohly připlavit důkazy o tom, že nás tehdy na samotném počátku vesmíru spasila neutrina díky fázovému přechodu vakua ve vesmíru. Tvrdí to ve své nové studii Jeff Dror z americké University of California, Berkeley a jeho spolupracovníci. Neutrina jsou totiž elektricky neutrální, na rozdíl od jiných částic hmoty, a mohla by takovou věc zvládnout, právě díky fázovému přechodu vakua, vysokým teplotám raného vesmíru a houpačkovému mechanismu (seesaw mechanism).

Koncepce kosmické gravitační observatoře LISA. Kredit: NASA.

Autoři studie vysvětlují, že fázové přechody známe i z naší každodenní zkušenosti. Potkáváme je třeba při vaření kávy, když se voda změní v páru anebo při jízdě maglevem, kdy jsou ve hře supravodiče. K fázovému přechodu vakua, o němž je řeč, sice mělo dojít velice dávno, ale zase by nám po něm měly nebo přinejmenším mohly zůstat vystopovatelné důkazy.

Fyzici věří, že během fázového přechodu vakua mohly vzniknout pozoruhodné topologické defekty zvané kosmické struny (cosmic string). To jsou stále ještě hypotetické objekty, které tvoří velmi tenká a velmi hustá trubice zhruba o průměru protonu, buď uzavřená anebo nekonečná. Když jsou kosmické struny uzavřené, tak by měly mít sklony vyzařovat se v podobě gravitačních vln.

Vtip je v tom, že pokud to tak skutečně bylo, pokud došlo k tomu, že neutrina díky fázovému přechodu vakua spasila hmotu ve vesmíru, při fázovém přechodu vznikly kosmické struny a pak se alespoň z části vyzářily v podobě gravitačních vln, tak by tyto vlny stále ještě měly letět vesmírem. Podle Drora a spol. bychom mohli takové gravitační vlny z dávných kosmických strun detekovat plánovanými kosmickými gravitačními observatořemi, jako by měly být evropské LISA (Laser Interferometer Space Antenna) a BBO (Big Bang Observer) nebo japonská DECIGO (Deci-Hertz Interferometer Gravitational wave Observatory).

Literatura:

Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe 4. 2. 2020, Physical Review Letters 124: 041804.