Hur blev materia vanligare än antimateria?
När och hur uppstod obalansen mellan materia och antimateria som ledde till att vårt universum bara består av materia? /Dietrich Burmeister, Enköping
Observationer av den kosmiska bakgrundsstrålningen pekar på att universums materieöverskott uppstod en bråkdels sekund efter big bang. På bilden syns Vintergatan.
Bild: Getty images
Svar av Karin Schönning, professor i fysik med inriktning mot experimentell hadronfysik, Uppsala universitet
Detta är en utmärkt fråga, så bra att tusentals fysiker världen över ägnar sina forskarliv åt den. Det betyder dock att vi i nuläget inte kan ge ett fullständigt svar – men jag ska försöka sammanfatta vad vi har goda skäl att tro oss veta.
Exempelvis pekar observationer av den kosmiska bakgrundsstrålningen på att universums materieöverskott uppstod innan den tidpunkt då protoner och neutroner började slå sig ihop till atomkärnor, en bråkdels sekund efter big bang.
Samtidigt är forskare ganska säkra på att asymmetrin uppstod efter, eller i slutet av, den så kallade kosmiska inflationen, som saktade ner runt 10–32 sekunder efter tidens början.
Sacharovs tre kriterier
Men hur gick det till? På 1960-talet formulerade den sovjetiske fysikern Andrej Sacharov tre kriterier som han menade måste ha varit uppfyllda för att ett överskott av materia skulle kunna uppstå. Dessa är fortfarande en utgångspunkt för den mesta forskningen på området och lyder så här:
- Fysikaliska processer kan ändra nettoantalet protoner plus neutroner.
- Fysikens lagar påverkar partiklar och antipartiklar lite olika.
- Universum måste ha befunnit sig i termisk obalans när processer enligt kriterierna 1 och 2 skett. Det betyder att förhållandena i universum förändrades så snabbt att motsatta reaktioner som vanligen tar ut varandra tillfälligt kom i otakt med varandra.
Små skillnader i sönderfall
De två första kriterierna är anmärkningsvärda eftersom de skiljer sig från vad vi vanligen ser i universum. Protoner, antiprotoner, neutroner och antineutroner kan omvandlas, men vi känner inte till några processer där deras nettoantal förändras. Vidare brukar partiklar och antipartiklar beskrivas som varandras exakta spegelbilder.
Men vi vet från experiment världen över att partiklar och antipartiklar faktiskt uppvisar små skillnader i hur de sönderfaller. Det räcker inte för att förklara överskottet av materia, men visar i alla fall att det finns processer där kriterium 2 är uppfyllt. Nu letar experimentella fysiker efter fler processer som uppfyller kriterium 2 samt några som uppfyller 1. Till exempel finns planer på att nyttja European spallation source, ESS, i Lund för att undersöka om neutroner spontant kan förvandlas till anti-neutroner.
Fråga en forskare
Har du en fråga till en forskare? Mejla fraga@fof.se
Samtidigt försöker teoretiska fysiker lösa det som det tredje kriteriet handlar om: Vid vilken temperatur och tidpunkt var universum så obalanserat att bildandet och förintandet av partiklar och antipartiklar inte tog ut varandra? Teoretikerna tipsar även oss experimentalister om vad vi skulle kunna mäta för att testa om teorierna stämmer. Med andra ord är det många som försöker besvara din fråga, så håll ut – tillsammans kanske vi en dag lyckas!
