Universul este plin de mistere insondabile. Două dintre cele mai mari puzzle-uri cosmologice rămân asimetria dintre materie și antimaterie și natura materiei întunecate, substanța invizibilă care alcătuiește aproximativ 85% din masa Universului. O teorie recentă sugerează că ambele probleme pot fi legate de o particulă ipotetică: neutrinul Majorana. Această idee, care rămâne de confirmat, ar putea foarte bine să revoluționeze înțelegerea noastră asupra cosmosului.
Misterul preponderenței materiei în Univers rămâne una dintre cele mai fascinante întrebări din cosmologia modernă. Conform modelului standard al fizicii particulelor, Big Bang-ul ar fi produs cantități egale de materie și antimaterie. Aceste două entități ar fi trebuit teoretic să se anihileze reciproc în primele momente ale cosmosului, lăsând în urmă un gol cosmic plin doar cu energie. Cu toate acestea, nu este ceea ce observăm. Universul este compus în principal din materie: stelele, galaxiile, planetele și chiar ființele vii sunt formate din particule materiale. Antimateria, pe de altă parte, pare să fie practic absentă, cu excepția anumitor experimente de laborator sau în timpul evenimentelor astrofizice rare. Acest dezechilibru fundamental între materie și antimaterie pune o problemă majoră: ce a rupt acest echilibru inițial pentru a permite materiei să domine cosmosul? Oamenii de știință numesc acest fenomen bariogeneză. Termenul se referă la un proces ipotetic care a dus la un exces de barioni (particulele care alcătuiesc materia, cum ar fi protonii și neutronii) față de antibarionii (omologul lor de antimaterie). Modelul standard al mecanicii cuantice nu poate explica această asimetrie. Lipsește un mecanism cheie pentru a descrie modul în care legile fundamentale ale fizicii ar fi favorizat materia în primele fracțiuni de secundă după Big Bang.
Neutrinii, adesea supranumiți particule fantomă, din cauza capacității lor de a trece prin materie aproape fără a interacționa, pot fi în centrul acestei enigme cosmice. De obicei, neutrinii cunoscuți se disting prin masa lor extrem de scăzută și o proprietate specială: spinul lor (un fel de rotație internă) indică întotdeauna într-o singură direcție, pe care oamenii de știință o numesc stânga. Această caracteristică neobișnuită a deschis ușa către o ipoteză ciudată: existența omologilor lor dreapta, particule care nu au fost încă detectate.
Potrivit unei teorii recente, acești neutrini dreptaci ar fi putut juca un rol decisiv în primele momente ale cosmosului. Conform acestui model, prezentat într-un studiu postat pe serverul de preprinturi arXiv, interacțiunile dintre neutrinii stânga (cunoscuți) și acești neutrini dreapta ipotetici ar fi cauzat un dezechilibru fundamental în Universul timpuriu. Acum, acest dezechilibru ar fi rupt simetria perfectă care altfel ar fi dus la o anihilare completă a materiei și antimateriei. Același model prezice și existența unei particule și mai fascinante: neutrinul Majorana. Spre deosebire de majoritatea particulelor cunoscute, neutrinul Majorana este propria sa antiparticulă. Aceasta înseamnă că, în anumite condiții, două particule Majorana se vor anihila reciproc, un comportament foarte neobișnuit în fizica particulelor.
În primele momente haotice ale Big Bang, ruperea simetriei dintre neutrinii stângaci și cei dreptaci ar fi putut produce acești neutrini Majorana din abundență. Rezistente și invizibile, se crede că aceste particule au supraviețuit până în zilele noastre ca relicve ale acelei epoci primordiale. Datorită stabilității și naturii lor evazive, ele ar putea constitui apoi o mare parte din materia întunecată, această substanță misterioasă și invizibilă care exercită o forță gravitațională și joacă un rol cheie în formarea și structura galaxiilor. Dacă această teorie se dovedește corectă, neutrinii Majorana nu ar fi doar o piesă lipsă din puzzle-ul materiei întunecate, ci și o posibilă explicație pentru însăși existența materiei. Dacă se va realiza, această descoperire ar transforma înțelegerea noastră despre univers.
Deși teoria care leagă neutrinii Majorana de materia întunecată și dominația materiei este atractivă, ea rămâne, pentru moment, speculativă. Confirmarea acestei ipoteze necesită observații experimentale capabile să detecteze aceste particule evazive. Pentru a obține acest lucru, fizicienii se bazează pe detectoare extrem de sensibile, precum Super-Kamiokande în Japonia și Borexino în Italia.
Aceste instalații subterane sunt special concepute pentru a studia neutrinii, particule atât de ușoare și slab interactive încât trec prin materie aproape fără a lăsa urme. Super-Kamiokande, de exemplu, folosește un rezervor uriaș umplut cu apă ultrapură pentru a detecta fulgerările mici de lumină produse atunci când neutrinii interacționează cu atomii. Aceste experimente urmăresc identificarea semnăturilor care ar putea trăda prezența neutrinilor dreptaci sau a neutrinilor Majorana, în special interacțiuni specifice care nu pot fi explicate prin modelul standard al fizicii.
O altă cale care este explorată implică căutarea unor evenimente care încalcă conservarea numărului barionic, o lege fundamentală conform căreia numărul de particule de materie nu se poate schimba. Dacă această lege ar fi încălcată, ar fi un indiciu major în favoarea existenței neutrinilor Majorana. De exemplu, dezintegrarea dublă beta fără neutrini (un proces ipotetic în care doi neutroni dintr-un nucleu atomic se transformă simultan în protoni fără a emite neutrini) ar putea oferi dovezi indirecte.
