Ads Top

Υπάρχει ακόμα ένα ολόκληρο σύμπαν μυστηρίων που πρέπει να εξερευνηθούν


Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το σύμπαν ως «κοσμολογικό συγκρουσιαστή» - Παρέχει το δρόμο για τη μελλοντική ανακάλυψη της νέας φυσικής

Οι επιστήμονες αξιοποιούν την άμεση σύνδεση μεταξύ των μεγαλύτερων κοσμικών δομών και των μικρότερων γνωστών αντικειμένων και χρησιμοποιούν το σύμπαν ως «κοσμολογικό σφυγμό» για να διερευνήσουν τη νέα φυσική.

Ο τρισδιάστατος χάρτης των γαλαξιών σε όλο τον Κόσμο και η εναπομένουσα ακτινοβολία από το Big Bang - που ονομάζεται κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο (CMB) - είναι οι μεγαλύτερες δομές του σύμπαντος που παρατηρούν οι αστροφυσικοί χρησιμοποιώντας τα τηλεσκόπια. Τα υποατομικά στοιχειώδη σωματίδια, από την άλλη πλευρά, είναι τα μικρότερα γνωστά αντικείμενα στο σύμπαν και οι φυσικοί των σωματιδίων μελετούν τη χρήση τους..

Μια ομάδα, συμπεριλαμβανομένων των Xingang Chen του Harvard-Smithsonian Κέντρου Αστροφυσικής (CFA), Yi Wang από το Χονγκ Κονγκ Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας (HKUST), και Zhong-Zhi Xianyu από το Κέντρο Μαθηματικών Επιστημών και Εφαρμογών στο Χάρβαρντ, έχει  χρησιμοποιήσει αυτά τα ακραία μεγέθους για να διερευνήσει τη βασική φυσική με έναν καινοτόμο τρόπο. Έδειξαν πώς οι ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων (τα δομικά στοιχεία της ύλης) στο Πρότυπο Μοντέλο της Φυσικής των σωματιδίων μπορούν να συναχθούν από τη μελέτη των μεγαλύτερων κοσμικών δομών. Αυτή η σύνδεση γίνεται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται κοσμικός πληθωρισμός.

Η ομάδα έδειξε με τι θα μοιάζει το φάσμα μάζας του Τυποποιημένου Μοντέλου για διαφορετικά μοντέλα πληθωρισμού. Έδειξε επίσης πως αυτό το φάσμα μάζας αποτυπώνεται στην εμφάνιση της μεγάλης κλίμακας δομής του σύμπαντος μας. Η μελέτη αυτή ανοίγει το δρόμο για τη μελλοντική ανακάλυψη της νέας φυσικής.

Ο κοσμικός πληθωρισμός είναι το πιο ευρέως αποδεκτό θεωρητικό σενάριο για να εξηγήσει τι προηγήθηκε της Μεγάλης Έκρηξης . Αυτή η θεωρία προβλέπει ότι το μέγεθος του σύμπαντος επεκτάθηκε σε ένα έκτακτο και επιταχυνόμενο ρυθμό στο πρώτο φευγαλέο κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη δημιουργία του σύμπαντος. Ήταν ένα πολύ ενεργητικό γεγονός, κατά το οποίο όλα τα σωματίδια στο σύμπαν δημιουργήθηκαν και αλληλεπίδρασαν μεταξύ τους. Αυτό είναι παρόμοιο με το φυσικό περιβάλλον που προσπαθούν να δημιουργήσουν στους επίγειους προσκρουστήρες, με την εξαίρεση ότι η ενέργειά του μπορεί να είναι 10 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από ό, τι οποιοσδήποτε συγκρουστή που μπορεί να δημιουργήσει ο άνθρωπος.




Ο πληθωρισμός ακολούθησε η Μεγάλη Έκρηξη, όπου ο Κόσμος εξακολούθησε να αναπτύσσεται για περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά το ποσοστό επέκτασης επιβραδύνθηκε με το χρόνο. Οι μικροσκοπικές δομές που δημιουργήθηκαν σε αυτά τα ενεργειακά γεγονότα έγιναν τεντωμένες σε όλο το σύμπαν, με αποτέλεσμα περιοχές που ήταν ελαφρώς πυκνότερες ή λιγότερο πυκνές από τις γύρω περιοχές στο κατά τα άλλα πολύ ομοιογενές πρώιμο σύμπαν. Καθώς το σύμπαν εξελίχθηκε, οι πυκνότερες περιοχές προσέλκυσαν όλο και περισσότερο την ύλη λόγω της βαρύτητας. Τελικά, οι αρχικές μικροσκοπικές δομές σπέρνουν τη δομή μεγάλης κλίμακας του σύμπαντος μας και καθορίζουν τις θέσεις των γαλαξιών σε όλο τον κόσμο.

Στους επίγειους προσκρουστήρες, οι φυσικοί και οι μηχανικοί κατασκευάζουν όργανα για να διαβάσουν τα αποτελέσματα των συγκρουόμενων γεγονότων. Το ερώτημα λοιπόν είναι πώς πρέπει να διαβάσουμε τα αποτελέσματα του κοσμολογικού αναστολέα.

"Πριν από μερικά χρόνια, οι Yi Wang και εγώ, ο Nima Arkani-Hamed και ο Juan Maldacena από το Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών και αρκετές άλλες ομάδες, ανακαλύψαμεν ότι τα αποτελέσματα αυτού του κοσμολογικού αναστολέα κωδικοποιούνται στις στατιστικές των αρχικών μικροσκοπικών δομών. Καθώς ο χρόνος περνά, αποτυπώνονται στα στατιστικά στοιχεία της χωρικής κατανομής των περιεχομένων του σύμπαντος, όπως είναι οι γαλαξίες και το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο που παρατηρούμε σήμερα ", δήλωσε ο Xingang Chen. «Μελετώντας τις ιδιότητες αυτών των στατιστικών, μπορούμε να μάθουμε περισσότερα για τις ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων».

Όπως και στους επίγειους προσκρουστήρες, πριν οι επιστήμονες εξερευνήσουν τη νέα φυσική, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη συμπεριφορά των γνωστών θεμελιωδών σωματιδίων σε αυτόν τον κοσμολογικό συγκεντρωτή, όπως περιγράφεται από το Πρότυπο Μοντέλο της Φυσικής των σωματιδίων.


"Ο σχετικός αριθμός θεμελιωδών σωματιδίων που έχουν διαφορετικές μάζες - αυτό που ονομάζουμε φάσμα μάζας - στο Πρότυπο Μοντέλο έχει ένα ειδικό μοτίβο, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως το αποτύπωμα του Τυποποιημένου Μοντέλου", εξήγησε ο Zhong-Zhi Xiangyu. "Ωστόσο, αυτό το αποτύπωμα αλλάζει καθώς το περιβάλλον αλλάζει και θα φαινόταν πολύ διαφορετικό κατά το χρόνο του πληθωρισμού από το πώς φαίνεται τώρα".

Η ομάδα έδειξε με τι θα μοιάζει το φάσμα μάζας του Τυποποιημένου Μοντέλου για διαφορετικά μοντέλα πληθωρισμού. Έδειξαν επίσης πως αυτό το φάσμα μάζας αποτυπώνεται στην εμφάνιση της μεγάλης κλίμακας δομής του σύμπαντος μας. Η μελέτη αυτή ανοίγει το δρόμο για τη μελλοντική ανακάλυψη της νέας φυσικής.



"Οι συνεχιζόμενες παρατηρήσεις του CMB και της μεγάλης κλίμακας δομής έχουν επιτύχει εντυπωσιακή ακρίβεια από την οποία μπορούν να εξαχθούν πολύτιμες πληροφορίες για τις αρχικές μικροσκοπικές δομές", δήλωσε ο Yi Wang. "Σε αυτόν τον κοσμολογικό αναστολέα, οποιοδήποτε παρατηρητικό σήμα που αποκλίνει από αυτό που αναμενόταν για σωματίδια στο Πρότυπο Μοντέλο θα ήταν έπειτα ένα σημάδι νέας φυσικής".

Η τρέχουσα έρευνα είναι μόνο ένα μικρό βήμα προς μια συναρπαστική εποχή, όταν η κοσμολογία ακρίβειας θα δείξει την πλήρη δύναμή της.

"Αν είμαστε αρκετά τυχεροί να παρατηρήσουμε αυτά τα αποτυπώματα, θα μπορούσαμε όχι μόνο να μελετήσουμε τη σωματική φυσική και τις θεμελιώδεις αρχές στο πρώιμο σύμπαν, αλλά και να κατανοήσουμε καλύτερα τον κοσμικό πληθωρισμό. Από αυτή την άποψη, υπάρχει ακόμα ένα ολόκληρο σύμπαν των μυστηρίων που πρέπει να εξερευνηθούν », δήλωσε ο Xianyu.



Η έρευνα περιγράφεται λεπτομερώς σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters στις 29 Ιουνίου. [Scientists are using the universe as a ‘cosmological collider]

Από το Blogger.