الكون المبكر وفيزياء الجسيمات الفلكية
الكون المبكر هو المختبَر الوحيد الذي يمكن فيه اختبار أفكار الفيزياء الأساسية على أعلى الطاقات. إنه يوفر لنا طاقات أكبر بتريليون مرة من الطاقات التي تَوَصَّل إليها مصادم هادرون الكبير (LHC).
ومِن الفرضيّات المقبولة في الوقت الحالي على نطاق واسع أن الكون بدأ في الانفجار الكبير الساخن قبل حوالي 13.7 مليار سنة، حيث كان الكون متوهجًا للغاية، وكثيفًا.
وعندما بدأ الكون يبرد، بدأت تتشكل البروتونات والنيوترونات، ثم حدث ببطء مع مرور الوقت أنْ اجتمعت هذه البروتونات والنيوترونات والإلكترونات معًا؛ لتشكِّل الهيدروجين، وكميات صغيرة من الهيليوم. وخلال بلايين السنين التي تعاقبت بعد ذلك، تشكَّلت النجوم، والكواكب، والمجرّات؛ ليتشكّل الكون كله على ما نراه عليه اليوم.
وتتضمَّن أبحاث مركز الفيزياء الأساسية (CFP) في هذا المجال ما يلي:
على الرغم من النجاحات الكبيرة للنموذج الكوني القياسي للانفجار الكبير، إلا أنّ لديه بعض العيوب التي طال أمدها. ففي سبعينات القرن الماضي، أُشير إلى أن الكون المبكر ظهر خلال مرحلة التضخم، حيث توسَّع الكون بسرعة كبيرة، وازداد نطاق حجمه بعامل 1050. ويُعتقد أن هذه المرحلة الانتقالية قد حدثت بين 10-35 ثانية، أو بين 10-32 ثانية بعد الانفجار الكبير، ثم استقر الكون من خلال تطوُّر الانفجار الكبير القياسي.
وترتبط حالة تشبه الفراغ في نظرية التضخم مع حقل عددي، وهو ما يُسمى بحقل التضخم. وفي مركز الفيزياء الأساسية CFP ندرس التضخم الهجين في نظريات التناظر الفائق في ضوء قياسات جديدة، عن طريق القمر الصناعي "بلانك".
يعمل فريق مركز الفيزياء الأساسية (CFP) على واحد من الألغاز العلمية الكبرى التي لم تُحَلّ: هل المادة المظلمة، والطاقة المظلمة موجودتان؟ المادة المظلمة، والطاقة المظلمة لا تمتصان الضوء، ولا تَعكِسانه، ولا ينبعث منهما الضوء. وقد كُشِفَتا حاليًّا من خلال تأثيرات الجاذبية الخاصة بهما على المادة المرئية.
وأشارت الملاحظات الأخيرة بواسطة القمر الصناعي "بلانك" إلى أن الكون تَكَوَّنَ من 4.9 في المئة من الذّرات، ومِن لَبِنَات بناء النجوم والكواكب، ومن 26.8 في المئة من المادة المظلمة، ومن 68.3 في المئة من الطاقة المظلمة، التي تعمل كنوع مضاد للجاذبية. وهذه الطاقة، المنبثقة من المادة المظلمة، هي المسؤولة عن التوسع الكوني المتسارع في الوقت الحاضر.
هناك المادة والمادة المضادة في الكون الحالي. ونسبة الباريون إلى الفوتون هي من 10-10، على الرغم من أن كثافة عددهما في الكون المبكر كانت من الترتيب نفسه، نظرًا إلى إنشاء وإفناء أزواج الكواركات، والكواركات.
ونشأة الباريونات (Baryogenesis) هي عملية توليد التباين بين الباريونات ومضادات الباريونات في مسار التطور الكوني. وهناك ثلاثة شروط لحساب هذا التباين: تهمة الاقتران، وانتهاك التماثُل، وانتهاك رقم باريون، والخروج من التوازن.
وقد قام فريق مركز الفيزياء الأساسية (CFP) بتحليل تبايُن باريون، من خلال ما يُعرف بتبايُن ليبتون، وهو بمثابة سيناريو، يتم فيه إنتاج تبايُن باريون من تبايُن ليبتون، المتولِّد في اضمحلال نيوترينو (أيمن) ثقيل.