Peneliti Temukan Simpul Kosmik yang Bisa Jelaskan Asal Usul Materi di Alam Semesta

SEBUAH penelitian terbaru menunjukkan struktur simpul kosmik mungkin benar-benar terbentuk pada masa-masa awal alam semesta. Riset ini mengungkap dua simetri kuat dalam fisika partikel dapat menghasilkan “cosmic knots” yang stabil setelah Big Bang, sebelum akhirnya hancur melalui proses tunneling kuantum dan menciptakan neutrino tangan-kanan berat yang berperan dalam ketidakseimbangan materi–antimateri.

Dalam studi yang diterbitkan di Physical Review Letters, tim fisikawan Jepang menunjukkan  struktur simpul ini dapat muncul secara alami dalam model fisika yang juga mengatasi beberapa misteri besar kosmologi. Misteri berupa asal muasal massa neutrino, kandidat materi gelap, hingga persoalan strong CP pada neutron.

"Studi ini membahas salah satu misteri paling mendasar dalam fisika: mengapa alam semesta kita terbuat dari materi dan bukan antimateri," kata Muneto Nitta, profesor di Universitas Hiroshima.
"Pertanyaan ini penting karena menyentuh langsung mengapa bintang, galaksi, dan diri kita sendiri ada."

Baca juga : Ilmuwan Deteksi Sinyal Misterius Diduga Lubang Hitam Primordial, Tapi Validitasnya Diragukan

Mengapa Alam Semesta Dipenuhi Materi?

Menurut teori Big Bang, alam semesta seharusnya mulai dengan jumlah materi dan antimateri yang sama. Namun setelah keduanya saling memusnahkan, tersisa sedikit kelebihan materi, satu partikel dari setiap miliaran pasangan. Mekanisme yang menyebabkan ketimpangan kecil namun penting ini masih belum dapat dijelaskan sepenuhnya oleh Standard Model.

Model Simetri Ganda dan Pembentukan Simpul

Nitta bersama Minoru Eto dan Yu Hamada menggabungkan dua simetri, Baryon minus Lepton (B-L) dan Peccei-Quinn (PQ), untuk memodelkan pembentukan simpul kosmik stabil. Simetri PQ terkait partikel aksion yang menjadi kandidat materi gelap, sementara simetri B-L menjelaskan keberadaan neutrino bermassa.

Perpaduan dua simetri ini memungkinkan terbentuknya dua jenis cacat kosmik:

Baca juga : Temuan JWST: Galaksi Pertama di Alam Semesta Ternyata Kacau dan Penuh Kekacauan

• string bermuatan magnetik dari simetri B-L
• vortex superfluida dari simetri PQ

Keduanya dapat “mengunci” satu sama lain dan membentuk simpul yang bertahan lama, dikenal sebagai knot soliton.

"Tak seorang pun pernah mempelajari kedua simetri ini secara bersamaan," ujar Nitta. "Menggabungkan keduanya menghasilkan simpul yang stabil."

Era Simpul Kosmik dan Lahirnya Neutrino Berat

Simpul kosmik ini menurun energinya lebih lambat dibanding radiasi, sehingga sempat mendominasi energi alam semesta muda. Namun keberadaan mereka tidak permanen. Ketika simpul-simpul ini runtuh melalui tunneling kuantum, mereka menghasilkan neutrino tangan-kanan berat yang kemudian meluruh sedikit lebih banyak ke materi dibanding antimateri.

“Pada dasarnya, keruntuhan ini menghasilkan banyak partikel, termasuk neutrino tangan kanan,” kata Hamada. Ia menambahkan bahwa partikel itulah yang memulai ketidakseimbangan materi.

Jejak yang Bisa Dideteksi

Model ini memperkirakan suhu pemanasan ulang pasca-runtuhnya simpul sebesar 100 GeV, kondisi yang tepat untuk menghasilkan asimetri materi. Selain itu, proses ini diyakini mempengaruhi spektrum gelombang gravitasi. Observatorium masa depan seperti LISA, Cosmic Explorer, dan DECIGO berpeluang menguji prediksi ini. (Science Daily/Z-2)