Zašto postoji materija: Neutrino i asimetrija svemira

Prema očekivanjima, svemir je trebalo da bude ispunjen samo svjetlošću. Poslije Velikog praska materija i antimaterija nastajale su u jednakim količinama. Kada bi se srele, poništile bi se.

Ipak, nešto je preostalo: na deset milijardi fotona otpada oko šest bariona, čestica od kojih je izgrađen najveći dio vidljive materije. Bez te sićušne neravnoteže ne bi bilo zvijezda, pa ni nas.

Trinaestog oktobra 2026. Stephen F. King i Rishav Roshan sa Univerziteta u Southamptonu te Sudipta Show s Indijskog instituta za tehnologiju u Kanpuru postavili su na arXiv preprint o odvojenom desnom neutrinu.

Dio mehanizma Roshan i Show već su opisali u recenziranom članku u Physical Review Letters 137 (2026). Novi preprint razmatra i slučaj s odvojenim najlakšim neutrinom, termalnu proizvodnju i proračun gravitacionih talasa.

Šest na deset milijardi: sve što je ostalo

Taj odnos dolazi iz mjerenja kosmičkog mikrovalnog zračenja, svjetlosti koja je ostala iz vremena prije nastanka prvih zvijezda. Mjerenja koja je objavio tim Planck dala su taj broj.

Godine 1967. Andrej Sakharov opisao je tri uslova bez kojih takva razlika ne može nastati: proces koji ne čuva barionski broj, kršenje C i CP simetrije te stanje daleko od ravnoteže.

Kršenje CP simetrije prvi put je zabilježeno 1964. godine u raspadu neutralnog kaona.

Neutrino koji je ispao iz računa

Desni neutrino još nije otkriven. Sve tvrdnje o njemu u ovom radu proizlaze iz modela.

Za objašnjenje male mase neutrina autori se oslanjaju na model tipa I seesaw, u kojem teški partneri omogućavaju da mase lakih neutrina ostanu male.

Oscilacije neutrina mogu se objasniti pomoću samo dva desna neutrina, pa je treći u tom proračunu suvišan.

U minimalnoj verziji modela on je odvojen od mehanizma nastanka mase neutrina: ili gotovo ni s čim ne stupa u interakciju ili je pretežak. Zbog toga u ovom modelu najlakši aktivni neutrino ostaje gotovo bez mase.

Desni neutrini mogu objasniti i asimetriju, ali je ne stvara nužno onaj koji dominira energijom. Kada je odvojen N1, leptogenezu nose raspadi N2; kada je odvojen N3, asimetriju stvara lakši N1. Taj mehanizam naziva se leptogeneza.

Takav se neutrino obično zanemaruje. Budući da slabo stupa u interakciju s drugim česticama, rijetko učestvuje u reakcijama, pa može dugo živjeti.

Možda vas zanima: Kako se život na Zemlji obnavlja nakon razornog masovnog izumiranja

Ako živi dovoljno dugo, njegova masa može nadjačati zračenje i preuzeti gustoću energije svemira. Tada nastupa era u kojoj svemirom ne dominira zračenje nego materija.

Cijena koju model naplaćuje

Ta era ne stvara materiju. Kada se dugovječni neutrino konačno raspadne, njegova energija prelazi u zračenje i povećava entropiju svemira. Time se postojeća asimetrija razrjeđuje.

Zato autori prate kako se asimetrija mijenja tokom te ere, umjesto da je unaprijed pretpostave.

Kod najtežeg desnog neutrina, označenog kao N3, model predviđa dodatni efekat.

Era dominacije materije odgađa uspostavljanje ravnoteže Yukawinih interakcija nabijenih leptona. Riječ je o interakcijama s Higgsovim poljem, preko kojih elektron i njegovi teži srodnici dobijaju masu.

Zbog tog odgađanja lakši neutrino N1 može proizvesti asimetriju u režimu u kojem se različiti okusi leptona još ne razlikuju.

Ipak, asimetrija nije izvedena iz prvih principa. Autori je reprodukuju odabirom određenih vrijednosti parametara, pri čemu se masa najlakšeg neutrina kreće između 10⁻¹¹ i 10⁻¹⁴ eV.

Te vrijednosti su za deset i više redova veličine manje od granice osjetljivosti današnjih eksperimenata. To je provjera scenarija, a ne predviđanje.

Možda vas zanima: Tunguska eksplozija 1908: Da li je Nikola Tesla slučajno sravnio Sibir?

Prelom koji detektori mogu vidjeti samo u jednom slučaju

U ovom minimalnom modelu simetrija između barionskog i leptonskog broja je baždarna, a tri desna neutrina, po jedan za svaku generaciju, potrebna su da ponište njene baždarne anomalije.

Bez njih kvantna teorija te simetrije ne bi bila konzistentna. Ista tri neutrina dobijaju i Majorana mase, one kod kojih je čestica sama sebi antičestica. Kada se ta simetrija naruši, nastaju kosmičke strune, jednodimenzionalni ostaci tog narušavanja.

U primjerima autori pretpostavljaju da je simetrija narušena na energetskoj skali od 10¹³ GeV, odnosno 10¹⁴ GeV, zavisno od slučaja, te da su strune lokalne.

Strune stvaraju pozadinu gravitacionih talasa. U modelu ta pozadina nije ravna: sadrži prelom, odnosno tačku u kojoj se njen nagib mijenja.

Položaj preloma zavisi od mase odvojenog neutrina i kvadratnog korijena mase najlakšeg neutrina.

U slučaju N1 rad smješta prelom u frekvencijsko područje koje bi budući detektori mogli dosegnuti, uz asimetriju koju model uspijeva reproducirati.

U slučaju N3, za vrijednosti masa koje daju odgovarajuću asimetriju, frekvencija se penje na oko 10⁷ Hz, odnosno deset miliona oscilacija u sekundi. To je daleko izvan dosega sadašnjih i planiranih eksperimenata, što autori i sami navode.

Rad navodi šest planiranih instrumenata: SKA, THEIA, LISA, μARES, DECIGO i ET. Svi su još u fazi razvoja ili planiranja.

Model se zaustavlja na proračunu, a ne na mjerenju

Rad ima četrnaest stranica, devet slika i jednu tabelu. Preprint još nije prošao recenziju. Ne donosi nova mjerenja: svi rezultati zasnivaju se na proračunima za odabrane vrijednosti parametara.

U jednom testnom scenariju odvojeni neutrino ima masu od 10⁸ GeV, a sljedeći po masi 10¹² GeV.

To nije nedostatak rada, nego odraz njegovog statusa. Zato ga treba čitati kao proračun zasnovan na modelu, a ne kao potvrđen nalaz. Upravo zato je važno razlikovati tvrdnje koje se odnose na pojedinačne slučajeve.

Jedno mjerenje preloma daje samo jednu kombinaciju dviju masa, a ne njihove pojedinačne vrijednosti. U slučaju N3, čak ni takav signal, uz odgovarajuću asimetriju, ne bi bio dostupan detektorima.

IZVORI

• Stephen F. King, Rishav Roshan i Sudipta Show, "Cosmological Consequences of a Highly Decoupled Right-handed Neutrino", arXiv:2610.18334 (preprint, 13. oktobar 2026)
• Rishav Roshan i Sudipta Show, "Delayed Charged Lepton Yukawa Equilibration in Minimal Seesaw", Physical Review Letters 137, 111802 (2026)
• Planck Collaboration, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters", Astronomy & Astrophysics 641, A6 (2020)
• J. H. Christenson, J. W. Cronin, V. L. Fitch i R. Turlay, "Evidence for the 2π Decay of the K2^0 Meson", Physical Review Letters 13, 138 (1964)
• A. D. Sakharov, "Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe", JETP Letters 5, 24 (1967).