Kuvittele maailma, joka on melkein kuin se, jonka tunnet.
Tähdet, ihmiset ja eläimet ovat muuten samanlaisia, mutta ne ovat toisinpäin.
Maa kiertää Aurinkoa päinvastaiseen suuntaan, sydän on elimistön oikealla puolella, ja kellon viisaritkin kulkevat takaperin.
Viime vuosina joukko fyysikoita on kehitellyt teoriaa peiliuniversumista eli maailmankaikkeudesta, joka on kuin peilikuva tuntemastamme.
Teorian mukaan tämän rinnakkaismaailmankaikkeuden jäljille päästään neutronien avulla.
Joissakin kokeissa nämä atomiytimen hiukkaset näyttävät hetkeksi katoavan. Ilmiötä ei ole osattu selittää.
Uuden teorian mukaan neutronit siirtyvät peiliuniversumiin ja muuttuvat meille näkymättömiksi ”peilineutroneiksi”.
Kaksi tutkijaryhmää, toinen Oak Ridgessä Yhdysvalloissa ja toinen Lundissa Ruotsissa, ovat testaamassa teoriaa.
Jos peilineutronien olemassaolo voidaan todistaa, neutronien avulla voidaan olla yhteydessä peiliuniversumiin, sanoo teoria.
Maailmankaikkeudesta toiseen liikkuvat neutronit voisivat myös selittää pimeän aineen, jota ei voida havaita teleskoopeilla mutta josta koostuu jopa 25 prosenttia maailmankaikkeuden massasta.
Neutronien elämä hämmästyttää
Kaikki aine koostuu atomeista, ja atomin ydin koostuu protoneista ja neutroneista.
Neutronit vakauttavat atomin ytimen.
Ilman neutroneja kaikki aineet paitsi vedyn ytimet olisivat radioaktiivisia eikä tähtiä, planeettoja eikä elollisia olentoja olisi olemassa.
Atomiytimessä ydinvoimat pitävät protonit ja neutronit yhdessä, mutta sen ulkopuolella vapaat neutronit hajoavat protoneiksi, elektroneiksi ja antineutriinoiksi – eli ne ”kuolevat”.
Neutronien elinikä viittaa peiliuniversumiin
Neutronit puoliintuvat pullossa
Säiliökokeessa tutkijat mittaavat vähitellen hajoavien neutronien määrää pulloa muistuttavassa säiliössä.
Mittaukset antavat keskiarvon
Useiden mittausten perusteella voidaan laskea neutronien keskimääräinen elinikä.
Neutronit hajoavat putkessa
Toisentyyppisessä kokeessa neutronisäde lähetetään putken läpi, missä neutroneista syntyy protoneja.
Protonit paljastavat eliniän
Protoneiden lukumäärä kertoo, kuinka monta neutronia on hävinnyt. Siitä voidaan laskea neutronien elinikä.
Fyysikot ovat yrittäneet selvittää neutronien elinikää kahdella erilaisella tutkimusmenetelmällä.
Toinen on niin sanottu pullomenetelmä. Siinä neutroneja kootaan pullon kaltaiseen säiliöön, jossa niiden hajoamista seurataan ja lasketaan tietyin väliajoin, miten monta neutronia on jäljellä.
Näin saadaan laskettua neutronien keskimääräinen elinikä.
Toinen keino on sädemenetelmä. Siinä lähetetään neutronisäde testiputken läpi ja lasketaan, miten monta protonia syntyy säteen kulkiessa putkessa.
Määrästä voidaan päätellä, montako neutronia hajoaa.
Kun tiedetään putken pituus ja neutronien nopeus, voidaan laskea tarkka ajankohta, jolloin neutronit hajoavat.
Periaatteessa molempien menetelmien pitäisi tuottaa sama tulos, koska taustalla on sama fysiikan ilmiö, joka ei riipu mittaustavasta.
Silti tulokset ovat erilaiset, ja ero pysyy samana, vaikka koe toistettaisiin monta kertaa.
Pullomenetelmällä neutronin eliniäksi saadaan 14 minuuttia ja 39 sekuntia. Sädemenetelmä antaa tulokseksi 14 minuuttia ja 48 sekuntia.
Yhdeksän sekunnin ero on niin suuri, että todennäköisyys, että se olisi silkkaa sattumaa, on yksi prosentin miljoonasosa.
Neutronit matkaavat universumista toiseen
Teorian mukaan neutronit kulkevat meidän tuntemamme maailmanaikkeuden ja peiliuniversumin välillä. Molemmat syntyivät alkuräjähdyksessä, ja molemmissa on planeettoja, joilla voi olla elämää.
Alkuräjähdyksessa syntyi kaksi maailmankaikkeutta
Alkuräjähdyksessä syntyi aine, ja siitä syntyivät meidän maailmankaikkeutemme ja sen peiliuniversumi. Peiliuniversumin planeetoilla voi olla elämää, ja niiden asukkaisiin saadaan ehkä yhteys neutronien avulla.
Neutronit liikkuvat molemmissa universumeissa
Teorian mukaan neutronit voivat liikkua universumista toiseen. Meidän maailmankaikkeutemme neutroni voi tulla osaksi peiliuniversumia eräänlaisena peilineutronina, jota emme havaitse mutta joka vaikuttaa myös meidän maailmankaikkeuteemme. Teoriaa aiotaan testata kokeilla, joissa neutronit yritetään saada katoamaan peiliuniversumiin pieneksi hetkeksi.
Pimeä aine voi olla peilineutronien painovoimaa
Kun fyysikot mittaavat oman maailmankaikkeutemme galakseja, mittauksissa tulee ilmi painovoimaa, jonka aiheuttavaa massaa ei voida havaita. Tätä näkymätöntä massaa kutsutaan pimeäksi aineeksi. Uuden teorian mukaan pimeä aine voi olla peiliuniversumien peilineutroneja.
Peiliteoria antaa selityksen
Osa fyysikoista uskoo, että ero neutronien eliniässä voidaan selittää uudenlaisella fysiikalla.
Heidän mukaansa neutronit eivät aina hajoa protoneiksi, elektroneiksi ja antineutriinoiksi.
Sen sijaan ne voivat kadota peiliuniversumiin, joka on olemassa oman maailmankaikkeutemme rinnalla mutta jota emme voi havaita.
Peiliuniversumissa neutronit muuttuvat ”peilineutroneiksi”. Tämä ilmiö selittäisi eron eri menetelmillä mitatussa neutronien eliniässä.
Sädemenetelmällä tehdyssä kokeessa tutkijat tietävät putken pituuden ja neutronien nopeuden perusteella, miten monta neutronia putkessa pitäisi olla.
Putkesta ulos tulevien protonien määrä kertoo, miten monta neutronia hajoaa.
Todennäköisin hajoamisaika on se ajankohta, jolloin neutronien ja protonien määrän ero on pienin.
Jos matkalla katoaa neutroneja, ero kasvaa ja kestää kauemmin, ennen kuin saadaan aika, jolloin hajoamisia on eniten.
Jos teoria pitää paikkansa, myös yksi fysiikan suurimmista avoimista kysymyksistä – mitä on pimeä aine – voi saada vastauksen.
Pimeä aine on fyysikkojen antama nimi hiukkasille, joita ei voi nähdä mutta joiden olemassaolo on osoitettu sen perusteella, miten ne vaikuttavat muihin maailmankaikkeutemme kappaleisiin.
Kun esimerkiksi mitataan galakseista tulevaa valoa, tulos ei mene yksiin galaksien massan kanssa.
Valomittauksien mukaan galaksien pitäisi olla raskaampia kuin ne laskelmien mukaan ovat, jotta ne voisivat liikkua havaitulla tavalla.
Jotta yhtälö pitäisi paikkansa, tarvitaan ylimääräinen massa, pimeä aine.
Jos neutronit voivat puikahtaa peiliuniversumin puolelle ja muuttua itsensä peilikuviksi, ne voivat myös olla pimeää ainetta.
Teorian mukaan siis pimeä aine on neutroneja, jotka kulkevat tämän maailmankaikkeuden ja peiliuniversumin välillä ja vaikuttavat painovoimallaan molemmissa.
Leah Broussard haluaa osoittaa peiliuniversumin teorian todeksi kokeella, jossa neutronit käyvät peiliuniversumissa seinän läpi.
Testi kurkistaa peilin taakse
Parhaillaan kaksi tutkijaryhmää valmistelee kokeita, joilla teoria voidaan testata.
Oak Ridgen tutkimuskeskuksessa Yhdysvalloissa peilineutroneja etsitään ampumalla neutroneja paksuun muuriin, jonka läpi tai ohi niiden ei pitäisi päästä.
Jos muurin takana oleva ilmaisin silti havaitsee neutronin, on mahdollista, että neutroni on käväissyt rinnakkaismaailmankaikkeudessa ja tupsahtanut takaisin muurin toiselle puolelle.
Ilmaisin havaitsee vain neutroneja, jotka ehtivät kadota ja palata matkallaan muurin läpi.
Tutkijat yrittävät magneettikentän avulla ohjata neutroneja ja säädellä, miten moni niistä kulkee muurin poikki.
European Spallation Source -tutkimuslaitoksessa Ruotsin Lundissa selvitetään, voiko neutroneista tulla antineutroneja.
Yleensä antineutronien syntyyn tarvitaan törmäys muiden hiukkasten, kuten protonien tai antiprotonien, kanssa.
Jos peiliuniversumi on olemassa, neutroni voi ehkä siirtyä sinne ja palata sitten antineutronina.
Alkuräjähdys loi tuplauniversumin
Teorian mukaan peiliniversumi syntyi samassa alkuräjähdyksessä kuin omammekin ja se on laajentunut ja muodostanut atomeja, galakseja, tähtiä ja planeettoja samalla tavalla.
Siellä esiintyisi siis todennäköisesti myös elämää.
On myös esitetty ajatus, että peiliuniversumin asukkaiden kanssa olisi mahdollista viestiä neutroneihin koodatuilla sanomilla.
Jotkut tutkijat ovat visioineet reaktorista, joka tuottaisi energiaa peiliuniversumien neutroneista.
Tällaisen reaktorin teho olisi tuhat kertaa niin suuri kuin samankokoisen ydinreaktorin.