☰
︎

IPMU: Гравитационные волны могут раскрыть фундаментальную тайну Большого взрыва

Гравитационные волны могут раскрыть фундаментальную тайну Большого взрыва! И она связана с космической асимметрией между материей и антиматерией.
9 декабря 2021, четверг 00:07
amv212 для раздела Блоги

Текст опубликован в личном блоге и его автор не имеет отношения к администрации сайта

Мы находимся на пороге революции в физике. Многое в ранней Вселенной остается для нас загадкой, но группа исследователей обнаружила, что гравитационные волны могут дать ключ к пониманию того, почему Большой взрыв, это невероятно грандиозное событие, положившее начало Вселенной, создало больше материи, чем антиматерии, сообщается в исследовании, опубликованном  в журнале Physical Review Letters. А это значит, что в ближайшее десятилетие могут быть найдены ответы на некоторые из самых главных вопросов об истории Вселенной. 


Абстрактное представление гравитационных волн. koto_feja / iStock

 


Заполняем пробел в физике антиматерии с помощью гравитационных волн

Единственная причина, по которой мы находимся здесь, заключается в том, что в один совершенно неопределенный момент в первую секунду истории Вселенной было создано больше материи, чем антиматерии. Первое - это буквально все, что вы когда-либо видели, ощущали и знали - даже в самых отдаленных уголках космоса. Эта асимметрия настолько велика, что на десять миллиардов частиц материи приходилась лишь одна частица антиматерии. Проблема в том, что, несмотря на эту асимметрию, существующие физические теории не имеют объяснения. Существующие теории фактически свидетельствуют о том, что материя и антиматерия должны были быть созданы в равном количестве, но существование людей, нашей планеты и всего остального во Вселенной подчеркивает необходимость более полного, неизвестного физике объяснения.

Одна из наиболее перспективных идей, выдвигаемых различными учеными, заключается в том, что эта асимметрия является результатом процессов постинфляционного развития молодой Вселенной, когда всё подвергалось стремительному расширению. Если это так, то "полевые сгустки" (или солитоны) могли эволюционировать и разделиться на части таким образом, чтобы создать асимметричное распределение материи и антиматерии. Но в этой теории есть одна загвоздка. Ее очень трудно проверить даже с помощью крупнейших в мире ускорителей частиц, поскольку необходимая энергия в миллиарды и триллионы раз превышающая ту, которую мы, способны были генерировать до сих пор. Но команда исследователей, участвовавших в исследовании, возможно, нашла способ обойти это препятствие.


Распад Q-шаров создал сильные вибрации в ранней Вселенной

Используя сгустки поля, называемые "Q-шарами" (Q-ball), исследователи планируют проанализировать распространенную гипотезу о быстро расширяющейся ранней Вселенной, вызвавшей асимметрию. Q-шары устроены непросто, но они очень похожи на бозоны или бозон Хиггса. "Частица Хиггса существует, когда возбуждается поле Хиггса. Но поле Хиггса может проявлять и другие свойства, например, образовывать сгустки", - говорит Грэм Уайт, исследователь в IPMU* им. Кавли и ведущий автор проекта. "Если у вас есть поле, похожее на поле Хиггса и оно имеет какой-то заряд - не электрический, а какой-то заряд, - то один сгусток имеет заряд как одна частица. Поскольку заряд не может просто исчезнуть, поле должно определить - быть ли ему в виде частиц или сгустков.

"Если в сгустках меньше энергии, чем в частицах, то и поле будет таким же", - добавил Уайт. " Группа сгустков, собирающихся вместе, образует Q-шар". Уайт и его коллеги утверждали, что эти сгустки полей (или Q-шары) существовали некоторое время, а затем по мере расширения Вселенной медленно исчезали по мере роста радиационного фона, пока, в конце концов, почти вся энергия во Вселенной не оказалась в этих сгустках.

Когда эти сгустки начинают доминировать, колебания плотности радиационного излучения начинают расти и во время распада Q-шаров, возникающие вибрации в фоновой плазме превращаются в мощные звуковые волны. Они и создают "грандиозные пульсации в пространстве и времени", известные как гравитационные волны, которые могут быть обнаружены в течение следующих нескольких десятилетий. Это означает, что дальнейшее изучение физики гравитационных волн приближает нас к пониманию состояния ранней Вселенной.  И это могло бы дать ответ на вопрос о существующей асимметрии между материей и антиматерией.


IPMU*  - Физико-математический институт имени Кавли, (Касива. Япония)