Az infláció rejtélye
A legtöbb fizikus egyetért abban, hogy a világegyetem születése után szinte azonnal egészen elképesztő tágulás vette kezdetét. Ez az úgynevezett inflációs korszak, amely a másodperc 0,00000000000000000000000000000001 részéig (azaz 10^-32 s-ig) tartott, a világegyetemet a kezdeti állapotához képest mintegy 10^50-szeresére növelte. Ez a folyamat magyarázatot ad arra a lenyűgöző egyenletességre és simaságra, amelyet ma a háttérsugárzás (CMB, kozmikus mikrohullámú háttér) vizsgálatával tapasztalunk az égen.
Nem elhanyagolható tényező, hogy az infláció keskeny energiasávokban jelentkező véletlenszerű kvantumfluktuációkból származó anyagsűrűség-hullámokat is felerősítette: ezekből születhettek a galaxisok és a galaxishalmazok magvai.
Meleg vagy hideg infláció?
A klasszikus elképzelés szerint az inflációnak egy úgynevezett inflatonmező adott energiát – hasonlóan ahhoz, ahogy egy labda gurul lefelé egy lankás lejtőn, majd az energiája mozgás közben átalakul. Az univerzum tágulásával ez az „energialabda” lelassult, egyre laposabb lejtőre került, végül elérte az alját, azaz a világegyetem egyre inkább vákuumszerűvé vált. Ilyenkor kezdődött az úgynevezett újramelegedés (reheating), amikor a lassuló inflaton energiája részecskék sokaságát hozta létre, felmelegítve ezzel az ősrobbanás utáni űrt.
Noha már évtizedekkel ezelőtt felmerült, hogy maga az infláció is lehetne eleve meleg, sokáig úgy vélték, az ilyen modellek túl hamar megállítanák a tágulást, mert a képződő részecskék elhasználnák a szükséges energiát. A modellek többsége ezen a problémán bukott el: hogyan lehet olyan mechanizmust találni, amely elegendő részecskét hoz létre, de nem állítja le túl gyorsan az inflációt?
Egyszerűbb megoldás az ismert fizikában
A legújabb kutatások szerint a meleg infláció nem csupán elképzelhető, hanem a fizika jelenlegi állása mellett meglepően természetes folyamat is lehet. A „meleg” infláció forgatókönyve alapján nincs szükség későbbi újramelegedésre, mert az univerzum már a tágulás alatt is részecskékben és hőben bővelkedett.
Az új modell kulcsa az, hogy a Standard Modell részecskéi – különösen a gluonok, amelyek az erős kölcsönhatás révén tartják össze a kvarkokat protonokká és neutronokká – képesek lennének az inflációs mezővel nagyon gyenge kölcsönhatásba lépni. Ez a szerény kapcsolat is elegendő lehet ahhoz, hogy már az infláció alatt meleg anyag keletkezzen.
Nem elhanyagolható tényező, hogy így elkerülhető az a zavaros átmenet a hidegből a melegbe, amely a korábbi elméletek egyik fő nehézsége volt.
Megfoghatatlan részecske a középpontban
Az új elmélet egyetlen olyan részecskével számol, amelynek létezését még nem bizonyították: ez az axion. Ez egy nagyon könnyű, elektromos töltéssel nem rendelkező részecske, amely éppen eléggé illeszkedne a Standard Modellhez ahhoz, hogy megalapozza a meleg infláció forgatókönyvét. Nem elhanyagolható tényező, hogy az axionokat egyes elméletek szerint a sötét anyag fő alkotóiként tartják számon. Bár a létezésüket közvetlenül még nem igazolták, több nemzetközi kutatási projekt, köztük az ADMX (Axion Dark Matter eXperiment), jelenleg is intenzíven vadászik rájuk extrém mágneses mezőkben, ahol a feltételezett axionok mikrohullámú fotonokká alakulhatnának.
Ebből kifolyólag az elmélet kísérletileg is tesztelhető: egyrészt a CMB jövőbeni, még érzékenyebb vizsgálatával, másrészt pedig a laboratóriumi axionkeresésekkel.
Új nézőpont: egyszerűbb, mégis forró univerzum
Noha bőven maradtak még kérdőjelek, például az, hogy az inflatonmező méretére vonatkozó új számítások nem teljesen egyeznek egyes húrelméleti jóslatokkal, a legtöbb kutató szerint vonzó lehetőség egyetlen, jól ismert elméleti keretből – a Standard Modellből – megmagyarázni a világegyetem születésének egyik legfontosabb mozzanatát.
Ebből kifolyólag az elmélet nem csupán elegáns és átlátható, hanem valószínűleg inspiráló is lesz mindazok számára, akik a részecskefizikai és kozmológiai rejtélyek végső összekapcsolását keresik. Ha az axion létezik, akkor a világegyetem nem hidegen, hanem már az indulás pillanatában forrón lüktetett – talán most közelebb kerültünk a végső válaszhoz.
