Nos primeiros momentos após o Big Bang, o universo se expandiu muitos bilhões de vezes mais rápido do que hoje. Essa rápida expansão é provavelmente devido a um campo de força primordial agindo com uma nova partícula, o ínflaton. A partir da última análise da decadência de mésons realizada no experimento LHCb por físicos de Cracóvia e Zurique, parece, Contudo, que o ínflaton leve mais provável, uma partícula com as características do famoso bóson de Higgs, mas menos massiva, quase certamente não existe.

Logo após o Big Bang, o universo provavelmente experimentou uma explosão extrema de expansão. Se a inflação ocorreu, deve haver uma nova força por trás disso. Teoriza-se que seus portadores de força sejam inflatons até então não observados, que deve ter muitas características que lembram o famoso bóson de Higgs. Físicos do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia e da Universidade de Zurique (UZH) pesquisaram traços de inflatons leves na decomposição de mésons B + registrados por detectores no experimento LHCb no CERN perto de Genebra . Análise detalhada dos dados, Contudo, lança dúvidas sobre a existência de inflatons leves.

Apesar de seus efeitos fracos, a gravidade influencia a aparência do universo nas maiores escalas. Como consequência, todos os modelos cosmológicos modernos são baseados na melhor teoria da gravidade, Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein. Os primeiros modelos cosmológicos construídos sobre a relatividade sugerem que o universo foi uma criação dinâmica. Hoje, sabemos que já foi extremamente denso e quente, e 13,8 bilhões de anos atrás, começou uma rápida expansão. A teoria da relatividade prevê o curso desse processo a partir de frações de segundo após o Big Bang.

"A evidência primária desses eventos é a radiação de fundo em micro-ondas que se formou algumas centenas de milhares de anos após o Big Bang. Atualmente corresponde a uma temperatura de cerca de 2,7 kelvins e preenche todo o universo de maneira uniforme. É essa homogeneidade que provou ser um ótimo quebra-cabeça, "diz o Dr. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN), e explica, "Quando olhamos para o céu, os fragmentos do espaço profundo visíveis em uma direção podem estar tão distantes daqueles visíveis em outra direção que a luz ainda não teve tempo de passar entre eles. Portanto, nada do que aconteceu em uma dessas áreas deve afetar a outra. Mas para onde quer que olhemos, a temperatura de regiões distantes do cosmos é quase idêntica. Como pode ter se tornado tão uniforme? "

A uniformidade da radiação de fundo de microondas é explicada pelo mecanismo proposto por Alan Guth em 1981. Em seu modelo, o universo inicialmente se expandiu lentamente, e todos os pontos observados hoje tiveram tempo de interagir e nivelar a temperatura. De acordo com Guth, em algum ponto, Contudo, deve ter havido uma expansão muito curta, mas extremamente rápida, do espaço-tempo. A nova força responsável por esta inflação expandiu o universo a tal ponto que hoje, ele exibe uma uniformidade notável (no que diz respeito à temperatura do fundo cosmológico de micro-ondas).

“Um novo campo sempre significa a existência de uma partícula que é a portadora do efeito. A cosmologia tornou-se, assim, interessante para os físicos que examinam fenômenos em microescala. Por muito tempo, um bom candidato para o ínflaton parecia ser o famoso bóson de Higgs. Mas em 2012, o Higgs foi finalmente observado no acelerador europeu do LHC, e acabou sendo muito pesado. Se Higgs, com sua massa, foi responsável pela inflação, a radiação residual de hoje seria diferente do que é observado atualmente pelo COBE, Satélites WMAP e Planck, "diz o Dr. Chrzaszcz.

Os teóricos propuseram uma solução para esta situação surpreendente:o ínflaton pode ser uma partícula completamente nova com as propriedades de Higgs, mas com uma massa menor. Na mecânica quântica, a natureza idêntica das características faz as partículas oscilarem - elas se transformam ciclicamente umas nas outras. Um modelo de inflação construído dessa forma teria apenas um parâmetro descrevendo a frequência de oscilação / transformação entre o ínflaton e o bóson de Higgs.

"A massa do novo ínflaton pode ser pequena o suficiente para que a partícula apareça no decaimento de B ⁺ mesões. E esses belos mésons são partículas registradas em grande número pelo experimento LHCb no Large Hadron Collider. Então, decidimos procurar decadência de mésons acontecendo por meio da interação com o ínflaton nos dados coletados no LHC em 2011 a 2012, "diz a aluna de doutorado Andrea Mauri (UZH).

Se os inflatons leves realmente existissem, o B ⁺ méson às vezes decairia em um kaon (K ⁺ mesão) e uma partícula de Higgs, que se converteria em um inflaton como resultado da oscilação. Depois de viajar alguns metros no detector, o ínflaton decairia em duas partículas elementares:múons e antimuons. Os detectores do experimento LHCb não registrariam a presença do Higgs ou do ínflaton. Pesquisadores do IFJ PAN, Contudo, esperado ver a emissão de kaons e o aparecimento de pares múon-antimuon, respectivamente.

"Dependendo do parâmetro que descreve a frequência da oscilação inflaton-Higgs, o curso de B ⁺ a decadência do mesão deve ser ligeiramente diferente. Em nossa análise, procurávamos decaimentos de até 99% dos valores possíveis desse parâmetro - e não encontramos nada. Podemos, portanto, dizer com grande certeza que o ínflaton de luz simplesmente não existe, "diz o Dr. Chrzaszcz.

Teoricamente, Os inflatons de baixa massa ainda podem estar ocultos em 1 por cento das variações não examinadas na oscilação. Esses casos serão eventualmente excluídos por análises futuras usando dados mais recentes que agora estão sendo coletados no LHC. Contudo, os físicos têm que reconciliar a ideia de que, se os inflatons existem, eles são mais massivos do que se acreditava anteriormente, ou eles ocorrem em mais de uma variação.