Warum enthält das Universum Sterne, Planeten und Lebewesen statt nur Licht? Ein hypothetisches Teilchen könnte eine mögliche Antwort liefern.
Zu Beginn des Universums waren Materie und Antimaterie vorhanden. Sie ähneln sich stark, doch ihre Teilchen besitzen bestimmte entgegengesetzte Eigenschaften. Wenn ein Teilchen auf sein Gegenstück aus Antimaterie trifft, verschwinden beide vollständig, wobei ihre gesamte Masse gemäß der berühmten Formel e=mc² in Energie umgewandelt wird.
Woher stammt die Materie?
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Dennoch setzte sich die Materie letztlich durch. Es blieb genug übrig, um Galaxien und anschließend Sterne und Planeten zu bilden. Physiker versuchen noch immer zu verstehen, warum dieses Ungleichgewicht entstand, obwohl beide Materieformen anfangs in gleicher Menge vorhanden sein sollten.
Zwei Forscher aus dem Vereinigten Königreich und Indien beschäftigten sich mit einem Teilchen, das in Berechnungen häufig beiseitegelassen wird: einem schweren Neutrino. Die bekannten Neutrinos sind extrem leichte Teilchen, die nur sehr schwach mit Materie wechselwirken. Ihr massereicherer Verwandter ist bislang hypothetisch.
Im untersuchten Modell würde dieses schwere Neutrino so selten mit anderen Teilchen wechselwirken, dass es lange nach seiner Entstehung fortbestehen könnte. Eine Zeit lang hätte es sogar einen bedeutenden Anteil des Universums ausmachen können. Seine Anwesenheit hätte dadurch die Geschwindigkeit verändert, mit der sich das Universum ausdehnte.
Das hätte den Zeitpunkt verändert, zu dem bestimmte Wechselwirkungen zwischen Teilchen wirksam wurden. Diese Wechselwirkungen sind an Mechanismen beteiligt, die einen Überschuss an Materie gegenüber Antimaterie erzeugen könnten. Anders gesagt: Ein Teilchen, das an gewöhnlichen Reaktionen kaum beteiligt ist, hätte deren Ergebnis beeinflussen können, indem es die Bedingungen ihrer Entstehung veränderte.
Das Teilchen würde schließlich zerfallen. Die Auswirkungen dieser besonderen Phase könnten sich jedoch in der heutigen Verteilung der Materie wiederfinden.
Bisher hat niemand dieses schwere Neutrino beobachtet oder bestätigt, dass es in der Vergangenheit existierte. Die Studie ist eine theoretische Arbeit, die untersucht, was geschehen würde, wenn das Teilchen bestimmte Eigenschaften besäße.
Um diese Hypothese zu prüfen, erwägen Physiker insbesondere, nach Spuren in sehr alten Gravitationswellen zu suchen – winzigen Verformungen der Raumzeit, die in den Anfängen des Kosmos entstanden. Künftige Beobachtungen könnten dabei helfen festzustellen, ob dieses Szenario tatsächlich einen Teil unserer Geschichte beschreibt.