Αστροφυσική, Διάστημα Θεωρίες φυσικής

Φυσικοί εντοπίζουν ενδείξεις για μία περίεργη νέα φυσική στην ακτινοβολία του σύμπαντος

Written by Δ.Μ.

Σε όλο τον γνωστό διάστημα, ανάμεσα στα αστέρια και τους γαλαξίες, φτάνει μία πολύ αχνή λάμψη, ένα λείψανο ακτινοβολίας που έμεινε από την αυγή του Σύμπαντος. Αυτό είναι το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB), το πρώτο φως που θα μπορούσε να ταξιδέψει μέσω του Σύμπαντος όταν αυτό ψύχθηκε αρκετά, περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, ώστε τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια να συνδυαστούν σε άτομα.

Share

Σε όλο τον γνωστό διάστημα, ανάμεσα στα αστέρια και τους γαλαξίες, φτάνει μία πολύ αχνή λάμψη, ένα λείψανο ακτινοβολίας που έμεινε από την αυγή του Σύμπαντος. Αυτό είναι το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB), το πρώτο φως που θα μπορούσε να ταξιδέψει μέσω του Σύμπαντος όταν αυτό ψύχθηκε αρκετά, περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, ώστε τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια να συνδυαστούν σε άτομα.

cmb-beta

Αλλά τώρα οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει κάτι περίεργο για την ακτινοβολία υποβάθρου CMB. Μια νέα τεχνική μέτρησης αποκάλυψε ενδείξεις μιας στροφής του επιπέδου πόλωσης στο φως αυτό – κάτι που θα μπορούσε να είναι ένδειξη παραβίασης της συμμετρίας ομοτιμίας, έναν υπαινιγμό φυσικής εκτός του Καθιερωμένου Μοντέλου .

Σύμφωνα με το Καθιερωμένο ή πρότυπο μοντέλο της φυσικής, εάν επρόκειτο να αναστρέψουμε το Σύμπαν σαν να ήταν κάτοπτρο του εαυτού του, οι νόμοι της φυσικής πρέπει να διατηρούνται σταθεροί. Οι υποατομικές αλληλεπιδράσεις θα πρέπει να εμφανίζονται με τον ίδιο ακριβώς τρόπο στον καθρέφτη όπως και στο πραγματικό Σύμπαν. Αυτό ονομάζεται συμμετρία ομοτιμίας (parity).

Μέχρι τώρα υπάρχει μόνο μία θεμελιώδης αλληλεπίδραση που σπάει τη συμμετρία ομοτιμίας. Αυτή είναι η ασθενής αλληλεπίδραση μεταξύ σωματιδίων που είναι υπεύθυνη για τη ραδιενεργή διάσπαση. Αλλά βρίσκοντας ένα άλλο τόπο όπου σπάει η συμμετρία ομοτιμίας, αυτό θα μπορούσε δυνητικά να μας οδηγήσει σε μία νέα φυσική πέρα ​​από το πρότυπο μοντέλο

Και τώρα δύο φυσικοί – ο Yuto Minami και ο Eiichiro Komatsu  πιστεύουν ότι έχουν βρει ενδείξεις για αυτό στη γωνία πόλωσης της ακτινοβολίας CMB.

Η πόλωση συμβαίνει όταν το φως σκεδάζεται, αναγκάζοντας το κύμα φως να διαδίδεται σε συγκεκριμένο προσανατολισμό.

Ανακλαστικές επιφάνειες όπως το γυαλί και το νερό πολώνουν το φως. Είστε πιθανώς εξοικειωμένοι με τα πολωτικά φίλτρα στα γυαλιά ηλίου, σχεδιασμένα να εμποδίζουν συγκεκριμένους προσανατολισμούς για να μειώσουν την ποσότητα φωτός που φτάνει στο μάτι.

Ακόμα και το νερό και τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα μπορούν να διασκορπίσουν και να πολώσουν το φως. ένα ουράνιο τόξο είναι ένα καλό παράδειγμα αυτού .

Το πρώιμο Σύμπαν, για τα πρώτα 380.000 χρόνια, ήταν τόσο ζεστό και πυκνό που δεν μπορούσαν να υπάρξουν άτομα. Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια διασκορπίζονταν (κινούνταν) ως ιονισμένο πλάσμα, και το Σύμπαν ήταν αδιαφανές, σαν μια πυκνή καπνιστή ομίχλη χωρίς φως.

Μόνο όταν το Σύμπαν ψύχθηκε αρκετά ώστε αυτά τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια να συνδυαστούν σε άτομα ουδέτερου αερίου υδρογόνου, ο χώρος έγινε καθαρός, επιτρέποντας στα φωτόνια να ταξιδεύουν ελεύθερα.

Καθώς το ιονισμένο πλάσμα μετατράπηκε σε ουδέτερο αέριο, τα φωτόνια διασκορπίστηκαν από ηλεκτρόνια, προκαλώντας την πολικότητα της CMB. Η πόλωση της CMB μπορεί να μας πει πολλά για το Σύμπαν. Ειδικά εάν στρέφεται υπό γωνία.

Αυτή η γωνία, που περιγράφεται ως β, θα μπορούσε να υποδηλώνει μια αλληλεπίδραση της CMB με τη σκοτεινή ύλη ή τη σκοτεινή ενέργεια , τις μυστηριώδεις ενέργειες που φαίνεται να κυριαρχούν στο Σύμπαν, αλλά τις οποίες δεν μπορούμε να εντοπίσουμε άμεσα.

“Εάν η σκοτεινή ύλη ή η σκοτεινή ενέργεια αλληλεπιδρούν με το φως του κοσμικού φόντου μικροκυμάτων με τρόπο που παραβιάζει τη συμμετρία ομοτιμίας, μπορούμε να βρούμε την υπογραφή της στα δεδομένα πόλωσης”, εξήγησε ο Minami .

Το πρόβλημα με την ταυτοποίηση του β με βεβαιότητα είναι στην τεχνολογία που χρησιμοποιούμε για την ανίχνευση της πόλωσης της CMB. Ο δορυφόρος της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος Planck , ο οποίος κυκλοφόρησε τις πιο ενημερωμένες παρατηρήσεις του για την CMB το 2018, είναι εξοπλισμένος με ανιχνευτές ευαίσθητους στην πόλωση.

Αλλά αν δεν γνωρίζετε ακριβώς πώς αυτοί οι ανιχνευτές είναι προσανατολισμένοι σε σχέση με τον ουρανό, είναι αδύνατο να πείτε αν αυτό που κοιτάτε είναι στην πραγματικότητα το β ή η περιστροφή στον ανιχνευτή που μοιάζει ακριβώς με β.

Η τεχνική της ομάδας βασίζεται στη μελέτη μιας διαφορετικής πηγής πολωμένου φωτός και στη σύγκριση των δύο για την εξαγωγή του ψευδούς σήματος.

“Αναπτύξαμε μια νέα μέθοδο για τον προσδιορισμό της τεχνητής περιστροφής χρησιμοποιώντας το πολωμένο φως που εκπέμπεται από τη σκόνη στον Γαλαξία μας”, δήλωσε ο Minami . “Με αυτήν τη μέθοδο, έχουμε επιτύχει μια ακρίβεια που είναι διπλάσια από αυτήν της προηγούμενης εργασίας και τελικά μπορούμε να μετρήσουμε το β.”

Οι πηγές ακτινοβολίας του Γαλαξία είναι πολύ πιο κοντά από την CMB, επομένως δεν επηρεάζονται από σκοτεινή ύλη ή σκοτεινή ενέργεια. Επομένως, οποιαδήποτε περιστροφή στην πόλωση πρέπει να είναι αποτέλεσμα περιστροφής στον ανιχνευτή.

Η CMB επηρεάζεται τόσο από το β όσο και από την τεχνητή περιστροφή – οπότε αν αφαιρέσετε την τεχνητή περιστροφή που παρατηρείται στις πηγές του Γαλαξία από τις παρατηρήσεις της CMB, θα πρέπει να μείνετε μόνο με το β.

Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, η ομάδα διαπίστωσε ότι το β είναι διαφορετικό από το μηδέν, με βεβαιότητα 99,2%. Αυτό φαίνεται αρκετά υψηλό, αλλά εξακολουθεί να μην είναι αρκετό για να διεκδικήσει μια ανακάλυψη νέας φυσικής. Για αυτό, απαιτείται επίπεδο εμπιστοσύνης 99,99995 τοις εκατό.

Αλλά το εύρημα δείχνει σίγουρα ότι η CMB αξίζει να μελετηθεί πιο προσεκτικά.

“Είναι σαφές ότι δεν έχουμε βρει ακόμη οριστικά στοιχεία για τη νέα φυσική. Απαιτείται υψηλότερη στατιστική σημασία για την επιβεβαίωση αυτού του σήματος”, δήλωσε ο αστροφυσικός Eiichiro Komatsu του Ινστιτούτου Kavli για τη Φυσική και τα Μαθηματικά του Σύμπαντος.

«Αλλά είμαστε ενθουσιασμένοι γιατί η νέα μας μέθοδος μας επέτρεψε τελικά να κάνουμε αυτήν την« αδύνατη »μέτρηση, η οποία μπορεί να δείχνει τη νέα φυσική».

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share