Zinātnieki atklāj dīvainas jaunas fizikas mājienus Visuma fona starojumā

Kosmiskā mikroviļņu fona polarizācija. (ESA un Planka sadarbība)

Visā zināmajā kosmosā starp zvaigznēm un galaktikām izplūst ārkārtīgi vājš mirdzums, relikvija, kas palikusi no Visuma rītausmas. Tas ir kosmiskais mikroviļņu fons (CMB), pirmā gaisma, kas varēja ceļot cauri Visumam, kad tā pietiekami atdzisusi aptuveni 380 000 gadus pēc Lielais sprādziens joniem un elektroniem uz apvienoties atomos .

Bet tagad zinātnieki ir atklājuši kaut ko savdabīgu par CMB. Jauns mērīšanas paņēmiens ir atklājis mājienus par pagriezienu gaismā — kaut ko, kas varētu liecināt par paritātes simetrijas pārkāpumu, norādot uz fiziku ārpus gaismas. Standarta modelis .

Saskaņā ar fizikas standarta modeli, ja mēs apgrieztu Visumu tā, it kā tas būtu pats par sevi spogulis, fizikas likumiem vajadzētu pastāvēt. Subatomiskām mijiedarbībām spogulī jānotiek tieši tādā pašā veidā kā reālajā Visumā. To sauc par paritātes simetriju.



Cik līdz šim esam spējuši izmērīt, ir tikai viena fundamentāla mijiedarbība, kas izjauc paritātes simetriju; tā ir vājā mijiedarbība starp subatomiskajām daļiņām, kas ir atbildīga par radioaktīvo sabrukšanu. Bet citas vietas atrašana, kur paritātes simetrija sabojājas, varētu mūs novest pie jaunas fizikas ārpus standarta modeļa.

Un divi fiziķi – Juto Minami no Japānas Augstas enerģijas paātrinātāju pētniecības organizācijas; un Eiichiro Komatsu no Maksa Planka Astrofizikas institūta Vācijā un Kavli Visuma Fizikas un matemātikas institūta Japānā – uzskata, ka viņi ir atraduši mājienus par to CMB polarizācijas leņķī.

Polarizācija notiek, kad gaisma ir izkliedēta, izraisot tās viļņu izplatīšanos noteiktā orientācijā.

Atstarojošas virsmas, piemēram, stikls un ūdens, polarizē gaismu. Jūs droši vien esat iepazinies ar polarizētām saulesbrillēm, kas paredzētas, lai bloķētu noteiktas orientācijas, lai samazinātu gaismas daudzumu, kas nonāk acī.

Pat ūdens un daļiņas atmosfērā var izkliedēt un polarizēt gaismu; a varavīksne ir labs piemērs tam .

Agrīnais Visums aptuveni pirmos 380 000 gadus bija tik karsts un blīvs, ka atomi nevarēja pastāvēt. Protoni un elektroni lidoja apkārt kā jonizēta plazma, un Visums bija necaurredzams kā bieza dūmakaina migla.

Tikai tad, kad Visums bija pietiekami atdzisis, lai šie protoni un elektroni apvienotos neitrālās gāzes ūdeņraža atomos, telpa kļuva skaidra, ļaujot fotoniem brīvi pārvietoties.

Jonizētajai plazmai pārejot neitrālā gāzē, fotoni izkliedēja elektronus, izraisot CMB polarizāciju. CMB polarizācija var mums daudz pastāstīt par Visumu. It īpaši, ja tas ir pagriezts leņķī.

Šis leņķis, kas aprakstīts kā β, varētu norādīt uz CMB mijiedarbību ar tumšā matērija vai tumšā enerģija , noslēpumainie iekšējie un ārējie spēki, kas, šķiet, dominē Visumā, bet kurus mēs nevaram tieši atklāt.

(Y. Minami/KEK)

'Ja tumšā viela vai tumšā enerģija mijiedarbojas ar kosmiskā mikroviļņu fona gaismu tādā veidā, kas pārkāpj paritātes simetriju, mēs varam atrast tās parakstu polarizācijas datos.' Minami paskaidroja .

Problēma ar β identificēšanu ir saistīta ar tehnoloģiju, ko izmantojam, lai noteiktu CMB polarizāciju. Eiropas Kosmosa aģentūras Planka satelīts , kas 2018. gadā publicēja savus jaunākos CMB novērojumus, ir aprīkots ar polarizāciju jutīgiem detektoriem.

Bet, ja vien jūs precīzi nezināt, kā šie detektori ir orientēti attiecībā pret debesīm, nav iespējams noteikt, vai tas, uz ko jūs skatāties, patiesībā ir β vai detektora rotācija, kas tikai izskatās kā β.

Komandas tehnika balstās uz cita polarizētās gaismas avota izpēti un abu salīdzināšanu, lai iegūtu viltus signālu.

'Mēs izstrādājām jaunu metodi, lai noteiktu mākslīgo rotāciju, izmantojot polarizēto gaismu, ko izstaro putekļi mūsu Piena ceļā.' Minami teica . 'Izmantojot šo metodi, mēs esam sasnieguši precizitāti, kas ir divreiz lielāka nekā iepriekšējā darbā, un beidzot varam izmērīt β.'

Piena Ceļa starojuma avoti ir no daudz tuvāk nekā CMB, tāpēc tos neietekmē tumšā viela vai tumšā enerģija. Tāpēc jebkurai polarizācijas rotācijai vajadzētu būt tikai detektora rotācijas rezultātam.

CMB ietekmē gan β, gan mākslīgā rotācija - tādēļ, ja no CMB novērojumiem atņem Piena Ceļa avotos novēroto mākslīgo rotāciju, jums vajadzētu atstāt tikai β.

Izmantojot šo paņēmienu, komanda ar 99,2 procentu pārliecību noteica, ka β nav nulle. Tas šķiet diezgan augsts, taču tas joprojām nav pietiekami, lai apgalvotu, ka ir atklāta jauna fizika. Šim nolūkam ir nepieciešams ticamības līmenis 99,99995 procenti.

Bet atklājums noteikti parāda, ka CMB ir vērts izpētīt sīkāk.

“Ir skaidrs, ka mēs vēl neesam atraduši galīgus pierādījumus jaunai fizikai; Lai apstiprinātu šo signālu, ir nepieciešams lielāks statistiskais nozīmīgums, sacīja astrofiziķis Eiičiro Komatsu no Kavli Visuma Fizikas un matemātikas institūta.

'Bet mēs esam satraukti, jo mūsu jaunā metode beidzot ļāva mums veikt šo 'neiespējamo' mērījumu, kas var norādīt uz jaunu fiziku.

Pētījums ir publicēts Fiziskās apskates vēstules .

Populārākas Kategorijas: Cilvēkiem , Skaidrotājs , Veselība , Tech , Telpa , Sabiedrību , Neklasificēts , Dabu , Fizika , Viedoklis ,

Par Mums

Neatkarīgu, Pārbaudītu Faktu Publicēšana Par Veselību, Telpu, Dabu, Tehnoloģijām Un Vidi.