Opprettelsen av partikler ved Big Bang har blitt simulert i laboratoriet

Hvor kommer materie og lys fra kosmisk stråling fra? Fysikere har hatt ideer om dette siden tidlig på 1960-tallet, og disse ideene er ikke uten slekt med stråling fra sorte hull. Visse ledetråder, avledet fra kvantefeltteori i buet rom-tid, har nettopp blitt testet for kosmologi med et Bose-Einstein-kondensat i jordlaboratoriet.

teorien om det store smelletdet store smellet er en klar prestasjon fra det tidlige 21. århundremeg århundre. Men dette er slik hvis man ved Big Bang-teori forstår teorien om at det observerbare universet, som ikke betyr alt som eksisterer, var i en mye tettere og varmere tilstand, uten atomer og stjernerstjerner, si mellom 10 og 20 milliarder år. Så det kan være at vårt observerbare univers bare er en region av en kosmoskosmos uendelig i rom og tid som en dag gravitasjonsmessig kollapset, som en stjerne som ga opphav til et sort hull, før den spratt tilbake til en ekspansjonsfase etter å ha nådd en begrensende, men endelig tetthet.

I alle fall spørsmålet om opprinnelsen til sakensaken og lyset fra kosmisk stråling som vi observerer rundt oss. Utviklingen av KvantemekanikkKvantemekanikk og spesielt kvanteteorien om felt fra årene 1925 til 1935 tillater oss å forestille oss prosesser ikke bare for å skape lyskvanter, men også materiekvanter, elektronerelektroner atomer og kvarkerkvarker danner protonerprotoner og nøytronernøytroner å være søskenbarn til fotonerfotoner.

Kan disse prosessene brukes som en del av kosmologikosmologi Einsteins relativist for å forklare materiens opprinnelse?

En skapelse av materie produsert av dynamiske romtider.

Svaret er ja, og paradoksalt nok, når det i realiteten handler om prosesser beskrevet av en kvantefeltteori i en romtidromtid kurve som ikke er kvantisert, vi har visst om det siden 1960-tallet før Stephen HawkingStephen Hawking brukte ikke denne teorien tidlig i det neste tiåret for å oppdage produksjonen av partikler ved svarte hullsvarte hull det bærer nå navnet hans under tittelen Hawking Radiation.

Oppdagelsen av kvanteskapingen av partikler i kosmologi skylder vi en amerikansk fysiker som begynte å jobbe med dette spørsmålet i 1962 i sitt avhandlingsemne under ledelse av den legendariske Sydney Colman (se om dette emnet Futura-artikkelen om den siste boken av Jean-Pierre Luminet om sorte hull). Fysikeren det gjelder kalles leonardo parker og du kan finne i arXiv, i form av et intervju, en fascinerende historie om kvanteteori for partikler i buet romtid. Vi lærer for eksempel at faktisk de første kvanteberegningene av disse effektene dateres tilbake til 1939 og at vi skylder dem… Erwin Schrödinger !

READ  NATO krypterte jagerfly ti ganger om dagen for å avskjære russiske fly

Leonard Parker forklarer også der at han en tid etter å ha godkjent avhandlingen sin snakket med Fred Hoyle om oppdagelsen av produksjonen av partikler gjennom utvidelsen av romtiden beskrevet av den berømte løsningsfamilien til ligningerligninger av Einstein sa om Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) for kosmologiske modeller isotropiskisotropisk og homogen (derfor virker den identisk med enhver observatør overalt og ser i forskjellige retninger med hensyn spesielt til den gjennomsnittlige partikkeltettheten og hastighethastighet ekspansjon på et tidspunkt i historien til det observerbare kosmos).

Fred Hoyle, på den tiden uten tvil Storbritannias største kosmologiske teoretiker bak en Stephen Hawking hvis stjerne nettopp hadde begynt å skinne, var kjent som forfatteren i 1948, sammen med Hermann Bondi og Thomas Gold, av den nå avdøde stasjonær kosmologisk modellmodell som benekter Big Bang-teorien til Lemaître og Gamow.

Hoyle, Bondi og Gold hadde foreslått i denne modellen, som da dominerte kosmologien før oppdagelsen av kvasarerkvasarer og fremfor alt på grunn av fossil stråling, at kosmos var uendelig i tid og rom, selv om det paradoksalt nok ekspanderte. Derfor var det absolutt homogent i rom og tid, siden det ikke spilte noen rolle hvor eller når en observatør gjorde målinger på det, de ville alltid se de samme tingene i gjennomsnitt, uten en utvikling av det. galaksergalakser eller materie er faktisk merkbar.

Men for det, Hoyle må ha antatt at det må skje en kontinuerlig tilblivelse av materie., som fører til like kontinuerlig fødsel av galakser. Uten denne antagelsen ville kosmos bli mer og mer utvannet av ekspansjon.

Hoyle hadde utviklet noen ligninger for å redegjøre for visse aspekter ved denne materieskapelsen, men de var mer eller mindre rudimentære. Parkers arbeid ga en mye mer nøyaktig beskrivelse, og dessverre, som han forklarte til Hoyle, tillot det ikke nok materie å bli skapt med den målte ekspansjonshastigheten. Men alt endret seg med en mye raskere primitiv ekspansjonsfase.

READ  Ingen revisjon av bensinpriser, diesel på mandag, et døgn etter priskutt, Energy News, ET EnergyWorld

Kvantefeltteori i buet romtid ville utvikle seg raskt i løpet av 1970-tallet under drivkraften fra flere forskere i både England og Russland, for kosmologi, selvfølgelig, men spesielt på grunn av oppdagelsen av Hawking-stråling. En annen impuls vil komme på begynnelsen av 1980-tallet med oppdagelsen av teorien om kosmologisk inflasjon som vil tillate utviklingen av et scenario for å skape den materien som i dag utgjør det observerbare kosmos og som også vil føre til prediksjon av en produksjon av gravitons, mer generelt avgravitasjonsbølgergravitasjonsbølgerav den utrolig eksponentielt raske ekspansjonsfasen av universets tidlige historie i teorien om inflasjon.

Disse gravitasjonsbølgene kan etterlate spor som kan observeres i dag i fossil stråling.

Kan vi bevise mekanismene for partikkelproduksjon på grunn av utvidelsen av universet foreslått av Parker og senere av hans kolleger?

Romtidssimulatorer med Bose-Einstein-kondensater

Direkte virker det ikke slik, men som i tilfellet med indirekte bevis på Hawking-stråling, hadde den kanadiske fysikeren William Unruh, oppdager av en strålingsfetter til svarte hull siden den gang kalt «Unruh-effekten», vist så tidlig. som på 1980-tallet at likningene til kvantefeltteori i buet romtid hadde analogier med fenomener i væsker, og derfor kunne ideene og beregningene som var involvert, testes i laboratoriet, uten å være i stand til å reprodusere dannelsen av partikler i rom-tid av relativt. .

Faktisk, i mer enn et tiår, har vi oppnådd i laboratoriet, spesielt med såkalte soniske sorte hull, analoger ikke bare av Hawking-stråling men også avrotete effekt. Kjente eksempler er oppnådd i Bose-Einstein-kondensater. Derfor vil vi ikke bli overrasket over en fersk publikasjon i Natur, og som kan finnes fritt på arXiv, nettopp rapporterer om et gjennombrudd på dette feltet som nå gjør det mulig å utforske dannelsen av partikler i kosmologi.

READ  Square Enix og NFT: et stort fokus for årets utvikling | Xbox one

Artikkelen forteller om arbeidet utført av Markus Oberthaler fra Universitetet i Heidelberg, Tyskland, som sammen med sine kolleger begynte med å skaffe rundt 20 000 ultrakalde atomer av kaliumkalium 39 bruker laserelasere å bremse ned og senke temperaturen til omtrent 60 nanokelvin, eller 60 milliarddeler av en grad KelvinKelvin over absolutt null.

Disse atomene gjennomgår deretter en faseovergangfaseovergang som gjør at de oppfører seg som en enkelt kvantebølge og mer presist derfor et Bose-Einstein-kondensat. Det er mulig å manipulere denne samlingen av atomer på en slik måte at den gir opphav til prosesser beskrevet av ligninger analoge med de som styrer dannelsen av kvantepartikler av en ekspanderende buet romtid av FLRW-familien, nærmere bestemt en uendelig romtid. hyperbolsk type å bruke sjargongen til fysiskfysisk relativister.

Selvfølgelig er BE-kondensatet ikke uendelig, men en del av det er beskrevet av ligninger relatert til det som kalles poincaré-skiven, det vil si et sett med punkter på en disk i forhold ved en matematisk transformasjon til punktene i et rom med en hyperbolsk geometri. Så, det er en slags ordbok mellom de to rommene, slik at vi kan studere oss imellom hva det er som gjør at vi kan oversette kvantefeltteori i krum romtid i hyperbolsk rom til en kvanteteori med lydbølgerlydbølger primtal som inneholder kvantiserte fotoner, fononene.

Dermed har forskerne nettopp utført det første eksperimentet som brukte ultrakalde atomer for å simulere et ekspanderende, buet univers. Kvantelydbølgene i BE-kondensatet viser deretter analogien til dannelsen av partikkelpar forutsagt av arbeidet til Parker og kolleger, og styrker tilliten til teorien om kvantefelt i buet romtid.

Som en bonus har vi nå et laboratorium for å utforske de ukjente konsekvensene av likningene til denne teorien som vi ennå ikke har klart å oppdage i likningene ved hjelp av kalkulus og resonnement.

Legg att eit svar

Epostadressa di blir ikkje synleg. Påkravde felt er merka *