গ্যালাক্সির বিতরণে অসমতা সনাক্ত করা হয়েছে

পদার্থবিদরা বিশ্বাস করেন যে তারা আকাশে ছায়াপথের বিন্যাসে একটি আকর্ষণীয় অসমতা সনাক্ত করেছে। নিশ্চিত হলে, বিগ ব্যাং-এর সময় পরিচালিত অজানা মৌলিক আইনগুলির বৈশিষ্ট্যগুলিকে নির্দেশ করবে।

"যদি এই ফলাফল বাস্তব হয়, কেউ একজন নোবেল পুরস্কার পেতে যাচ্ছে," বলেন মার্ক কামিওনকোস্কি, জনস হপকিন্স বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ যিনি বিশ্লেষণে জড়িত ছিলেন না।

যেন কানেক্ট দ্য ডটস-এর একটি মহাজাগতিক খেলা খেলছেন, গবেষকরা চারটি ছায়াপথের সেটের মধ্যে রেখা আঁকেন, চারকোনা আকৃতি তৈরি করেন যাকে টেট্রাহেড্রা বলা হয়। যখন তারা 1 মিলিয়ন গ্যালাক্সির ক্যাটালগ থেকে প্রতিটি সম্ভাব্য টেট্রাহেড্রন তৈরি করেছিল, তখন তারা দেখতে পেয়েছিল যে টেট্রাহেড্রন তাদের আয়নার চিত্রের চেয়ে এক উপায়ে ভিত্তিক।

টেট্রাহেড্রা এবং তাদের মিরর ইমেজের মধ্যে ভারসাম্যহীনতার একটি ইঙ্গিত প্রথম ছিল রিপোর্ট by অলিভার ফিলকক্স, নিউ ইয়র্কের কলম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন জ্যোতির্পদার্থবিদ, প্রকাশিত একটি গবেষণাপত্রে শারীরিক পর্যালোচনা ডি সেপ্টেম্বরে. একযোগে পরিচালিত একটি স্বাধীন বিশ্লেষণে যা এখন সমকক্ষ পর্যালোচনার মধ্য দিয়ে চলছে, জিয়ামিন হাউ এবং জাচারি স্লেপিয়ান ফ্লোরিডা বিশ্ববিদ্যালয়ের এবং রবার্ট ক্যান লরেন্স বার্কলে ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির সনাক্ত পরিসংখ্যানগত নিশ্চিততার একটি স্তরের সাথে অসমতা যা পদার্থবিদরা সাধারণত নির্দিষ্ট বলে মনে করেন।

কিন্তু এই ধরনের একটি ব্লকবাস্টার ফাইন্ডিং - এবং এটি এখনও পর্যালোচনাধীন - বিশেষজ্ঞরা বলছেন সাবধানতা অবলম্বন করা উচিত।

"তারা ভুল করেছে তার কোন সুস্পষ্ট কারণ নেই," বলেন শন হটকিস, অকল্যান্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন কসমোলজিস্ট। "এর মানে এই নয় যে কোনও ভুল নেই।"

পুটেটিভ ভারসাম্যহীনতা "প্যারিটি" নামক একটি প্রতিসাম্য লঙ্ঘন করে, বাম এবং ডানের সমতুল্য। যদি পর্যবেক্ষণটি যাচাই-বাছাই সহ্য করে, পদার্থবিজ্ঞানীরা মনে করেন এটি অবশ্যই একটি অজানা, সমতা-লঙ্ঘনকারী উপাদানকে আদিম প্রক্রিয়ায় প্রতিফলিত করবে যা আমাদের মহাবিশ্বে গড়ে ওঠা সমস্ত কাঠামোর বীজ বপন করেছিল।

"এটি একটি অবিশ্বাস্য ফলাফল - সত্যিই চিত্তাকর্ষক," Kamionkowski বলেন. "আমি কি এটা বিশ্বাস করি? আমি সত্যিই উদযাপন করার জন্য অপেক্ষা করতে যাচ্ছি।"

বাম-হাতে মহাবিশ্ব

সমতা একসময় পদার্থবিদ্যার লালিত প্রতিসাম্য ছিল। কিন্তু তারপর, 1957 সালে, চীনা আমেরিকান পদার্থবিদ চিয়েন-শিউং উ এর পারমাণবিক ক্ষয় পরীক্ষা প্রকাশিত যে আমাদের মহাবিশ্বের প্রকৃতপক্ষে এটির প্রতি সামান্য হস্তক্ষেপ রয়েছে: দুর্বল পারমাণবিক শক্তির সাথে জড়িত উপ-পরমাণু কণা, যা পারমাণবিক ক্ষয় ঘটায়, সর্বদা চুম্বকীয়ভাবে তারা যে দিকে চলে তার বিপরীত দিকে থাকে, যাতে তারা বাম দিকের সুতোর মতো সর্পিল হয়। - হাতের স্ক্রু। মিরর-ইমেজ কণা — ডান হাতের স্ক্রুগুলির মতো — দুর্বল শক্তি অনুভব করে না।

উ এর উদ্ঘাটন হতবাক ছিল। "আমাদের প্রিয় বন্ধু, সমতার মৃত্যুতে আমরা সবাই বরং কাঁপছি," পদার্থবিদ জন ব্লাট উলফগ্যাং পাওলিকে একটি চিঠিতে লিখেছেন।

দুর্বল শক্তির বাম হাতের সূক্ষ্ম প্রভাব রয়েছে যা গ্যালাকটিক স্কেলে মহাজাগতিককে প্রভাবিত করতে পারেনি। কিন্তু উ এর আবিষ্কারের পর থেকে, পদার্থবিদরা অন্যান্য উপায় খুঁজছেন যাতে মহাবিশ্ব তার মিরর ইমেজ থেকে আলাদা হয়।

উদাহরণস্বরূপ, যদি মহাবিশ্ব তার শৈশবকালে কিছু আদিম সমতা লঙ্ঘন কার্যকর হয়, তবে এটি মহাবিশ্বের কাঠামোর উপর একটি মোচড়ের ছাপ ফেলতে পারে।

মহাবিশ্বের জন্মের সময় বা তার কাছাকাছি, ইনফ্ল্যাটন নামে পরিচিত একটি ক্ষেত্র স্থান ভেদ করে বলে মনে করা হয়। একটি রোলিং, ফুটন্ত মাধ্যম যেখানে ইনফ্লাটন কণাগুলি ক্রমাগত বুদবুদ হয়ে অদৃশ্য হয়ে যায়, ইনফ্লাটন ক্ষেত্রটিও ছিল বিকর্ষণমূলক; সংক্ষিপ্ত সময়ের জন্য এটি বিদ্যমান থাকতে পারে, এটি আমাদের মহাবিশ্বকে তার আসল আকারের 100 ট্রিলিয়ন ট্রিলিয়ন গুণে দ্রুত প্রসারিত করতে পারে। ইনফ্লাটন ক্ষেত্রের কণাগুলির সমস্ত কোয়ান্টাম ওঠানামা বাইরের দিকে নিক্ষিপ্ত হয়েছিল এবং মহাজাগতিকতায় জমাট বেঁধেছিল, পদার্থের ঘনত্বের তারতম্যে ​​পরিণত হয়েছিল। ঘন পকেটগুলি মহাকর্ষীয়ভাবে একত্রিত হয়ে গ্যালাক্সি এবং বৃহৎ আকারের কাঠামো তৈরি করতে থাকে যা আমরা আজ দেখতে পাচ্ছি।

1999 সালে, Kamionkowski সহ গবেষকরা বিবেচিত এই বিস্ফোরণের আগে একাধিক ক্ষেত্র উপস্থিত থাকলে কী হবে? ইনফ্লাটন ক্ষেত্রটি অন্য একটি ক্ষেত্রের সাথে যোগাযোগ করতে পারে যা ডান-হাতি এবং বাম-হাতি কণা তৈরি করতে পারে। ইনফ্লাটন যদি ডান হাতের কণাগুলোকে বাম হাতের কণার থেকে ভিন্নভাবে ব্যবহার করত, তাহলে এটি পছন্দেরভাবে এক হাতের কণা অন্যটির ওপরে তৈরি করতে পারত। এই তথাকথিত চেরন-সিমন্স কাপলিংটি প্রাথমিক কোয়ান্টাম ওঠানামাকে একটি পছন্দের হাতের সাথে আবদ্ধ করবে, যা ছায়াপথের বাম-হাতে এবং ডান-হাতের টেট্রাহেড্রাল বিন্যাসের ভারসাম্যহীনতায় বিকশিত হবে।

অতিরিক্ত ক্ষেত্রটি কী হতে পারে, একটি সম্ভাবনা হল মহাকর্ষীয় ক্ষেত্র। এই পরিস্থিতিতে, একটি সমতা-লঙ্ঘনকারী চেরন-সিমন মিথস্ক্রিয়া ইনফ্লাটন কণা এবং মহাকর্ষের মধ্যে ঘটবে - মহাকর্ষের কোয়ান্টাম একক - যা মুদ্রাস্ফীতির সময় মহাকর্ষীয় ক্ষেত্রের মধ্যে পপ আপ হবে। এই ধরনের মিথস্ক্রিয়া প্রাথমিক মহাবিশ্বের ঘনত্বের বৈচিত্র্য এবং এর ফলে আজকের বৃহৎ আকারের কাঠামোর মধ্যে একটি হস্তক্ষেপ তৈরি করবে।

2006 সালে স্টিফন আলেকজান্ডার, এখন ব্রাউন ইউনিভার্সিটিতে একজন পদার্থবিদ, প্রস্তাবিত যে Chern-Simons মহাকর্ষও সম্ভাব্যভাবে সৃষ্টিতত্ত্বের সবচেয়ে বড় রহস্যের সমাধান করতে পারে: কেন আমাদের মহাবিশ্ব অ্যান্টিম্যাটারের চেয়ে বেশি পদার্থ ধারণ করে। তিনি অনুমান করেছিলেন যে চেরন-সিমন্স মিথস্ক্রিয়া বাম-হাতের গ্র্যাভিটনের একটি আপেক্ষিক প্রাচুর্য অর্জন করতে পারে, যা ডান-হাতের অ্যান্টিম্যাটারের চেয়ে বাম-হাতের পদার্থ তৈরি করবে।

আলেকজান্ডারের ধারণা বছরের পর বছর ধরে তুলনামূলকভাবে অস্পষ্ট ছিল। যখন তিনি নতুন অনুসন্ধানের কথা শুনেছিলেন, তিনি বলেছিলেন, "এটি একটি বড় আশ্চর্য ছিল।"

আকাশে টেট্রাহেড্রা

ক্যান ভেবেছিলেন প্রথম মহাবিশ্বে প্যারিটি লঙ্ঘনের সাথে ম্যাটার-অ্যান্টিমেটার অ্যাসিমেট্রি ধাঁধা সমাধান করার সম্ভাবনা ছিল "অনুমানমূলক, কিন্তু উত্তেজক"। 2019 সালে, তিনি Sloan Digital Sky Survey-এ গ্যালাক্সির ক্যাটালগে সমতা লঙ্ঘন খোঁজার সিদ্ধান্ত নেন। তিনি কিছু খুঁজে পাওয়ার আশা করেননি কিন্তু ভেবেছিলেন এটি একটি চেকের মূল্য হবে।

গ্যালাক্সি বিতরণ সমতাকে সম্মান করে বা লঙ্ঘন করে কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য, তিনি এবং তার সহযোগীরা জানতেন যে তাদের চারটি ছায়াপথের টেট্রাহেড্রাল ব্যবস্থা অধ্যয়ন করতে হবে। এর কারণ হল টেট্রাহেড্রন হল সবচেয়ে সহজ ত্রিমাত্রিক আকৃতি এবং শুধুমাত্র 3D বস্তুর সমতা লঙ্ঘন করার সুযোগ রয়েছে। এটি বুঝতে, আপনার হাত বিবেচনা করুন। যেহেতু হাতগুলি 3D, তাই এটিকে ডান হাতের মতো দেখাতে বাম দিকে ঘোরানোর কোনো উপায় নেই৷ আপনার বাম হাতটি উল্টান যাতে উভয় হাতের থাম্বগুলি বাম দিকে থাকে এবং আপনার হাতগুলি এখনও আলাদা দেখায় - তালুগুলি বিপরীত দিকে মুখ করে। বিপরীতে, আপনি যদি কাগজের শীটে একটি বাম হাত ট্রেস করেন এবং 2D চিত্রটি কেটে ফেলেন, তাহলে কাটআউটটি উল্টিয়ে দিলে এটি ডান হাতের মতো দেখায়। কাটআউট এবং এর আয়না চিত্রটি আলাদা করা যায় না।

2020 সালে, স্লেপিয়ান এবং ক্যান আকাশে বাম-হাতি এবং ডান-হাতিদের সংখ্যা তুলনা করার জন্য ছায়াপথগুলির একটি টেট্রাহেড্রাল বিন্যাসের "হাত" সংজ্ঞায়িত করার একটি উপায় নিয়ে এসেছিলেন। প্রথমে তারা একটি গ্যালাক্সি নিয়েছিল এবং আরও তিনটি ছায়াপথের দূরত্বের দিকে তাকাল। ডান হাতের স্ক্রুর মতো ঘড়ির কাঁটার দিকে দূরত্ব বাড়লে তারা টেট্রাহেড্রনকে ডান-হাত বলে। যদি দূরত্ব ঘড়ির কাঁটার বিপরীতে বাড়তে থাকে, তা বাঁ-হাতি ছিল।

সমগ্র মহাবিশ্বের একটি পছন্দের হাত আছে কিনা তা নির্ধারণ করতে, তাদের 1 মিলিয়ন গ্যালাক্সির ডাটাবেস থেকে নির্মিত সমস্ত টেট্রাহেড্রার জন্য বিশ্লেষণ পুনরাবৃত্তি করতে হয়েছিল। প্রায় 1 ট্রিলিয়ন ট্রিলিয়ন এই জাতীয় টেট্রাহেড্রা রয়েছে — এক সময়ে একটিকে পরিচালনা করার জন্য একটি জটিল তালিকা। কিন্তু একটি ফ্যাক্টরিং কৌশল বিকশিত হয় আগের কাজ একটি ভিন্ন সমস্যায় গবেষকরা টেট্রাহেড্রনের সমতাকে আরও সামগ্রিকভাবে দেখার অনুমতি দিয়েছেন: একটি সময়ে একটি টেট্রাহেড্রনকে একত্রিত করে এর সমতা নির্ধারণ করার পরিবর্তে, তারা প্রতিটি গ্যালাক্সিকে পালাক্রমে গ্রহণ করতে পারে এবং সেই গ্যালাক্সি থেকে তাদের দূরত্ব অনুসারে অন্যান্য সমস্ত ছায়াপথকে গোষ্ঠীবদ্ধ করতে পারে, পেঁয়াজের স্তরের মতো স্তর তৈরি করা। গোলাকার হারমোনিক্স নামক কোণের গাণিতিক ক্রিয়াকলাপের পরিপ্রেক্ষিতে প্রতিটি স্তরে ছায়াপথের আপেক্ষিক অবস্থান প্রকাশ করে, তারা পদ্ধতিগতভাবে তিনটি স্তরের সেট একত্রিত করে যৌথ টেট্রাহেড্রা তৈরি করতে পারে।

গবেষকরা তখন পদার্থবিজ্ঞানের সমতা-সংরক্ষণকারী আইনের উপর ভিত্তি করে ফলাফলগুলিকে তাদের প্রত্যাশার সাথে তুলনা করেন। Hou এই পদক্ষেপের নেতৃত্ব দিয়েছিলেন, ছায়াপথের নকল ক্যাটালগ বিশ্লেষণ করে যা মহাবিশ্বের বিবর্তনের অনুকরণ করে তৈরি করা হয়েছিল ক্ষুদ্র, সমতা-সংরক্ষিত ঘনত্বের ভিন্নতা থেকে। এই উপহাস ক্যাটালগগুলি থেকে, হাউ এবং তার সহকর্মীরা নির্ধারণ করতে পারে যে কীভাবে বাম- এবং ডান-হাতের টেট্রাহেড্রার সংখ্যা এলোমেলোভাবে পরিবর্তিত হয়, এমনকি একটি আয়না-প্রতিসম বিশ্বেও।

দলটি প্রকৃত ডেটাতে সমতা লঙ্ঘনের একটি "সেভেন-সিগমা" স্তর খুঁজে পেয়েছে, যার অর্থ বাম- এবং ডান-হাতের টেট্রাহেড্রার মধ্যে ভারসাম্যহীনতা র্যান্ডম সুযোগ এবং ত্রুটির অন্যান্য অনুমানযোগ্য উত্স থেকে আশা করা যেতে পারে সাতগুণ বেশি।

কামিওনকোভস্কি এটিকে "অবিশ্বাস্য যে তারা এটি করতে সক্ষম হয়েছিল" বলে অভিহিত করেছেন, "প্রযুক্তিগতভাবে, এটি একেবারে বিস্ময়কর। এটা সত্যিই, সত্যিই, সত্যিই জটিল বিশ্লেষণ।"

ফিলকক্স অনুরূপ পদ্ধতি ব্যবহার করেছিলেন (এবং হাউ, স্লেপিয়ান এবং কানের সাথে এই জাতীয় বিশ্লেষণের প্রস্তাব করার জন্য কিছু পূর্বের কাগজের সহ-লেখক ছিলেন), কিন্তু তিনি কিছু ভিন্ন পছন্দ করেছিলেন - উদাহরণস্বরূপ, হাউ এবং সহকর্মীদের তুলনায় ছায়াপথগুলিকে কম স্তরে গোষ্ঠীভুক্ত করা এবং কিছু সমস্যাযুক্ত বাদ দেওয়া। বিশ্লেষণ থেকে টেট্রাহেড্রা - এবং সেইজন্য সমতা লঙ্ঘনের আরও শালীন 2.9-সিগমা পাওয়া গেছে। গবেষকরা এখন তাদের বিশ্লেষণের মধ্যে পার্থক্য অধ্যয়ন করছেন। তথ্য বোঝার ব্যাপক প্রচেষ্টার পরেও, সব পক্ষই সতর্ক থাকে।

প্রমাণ প্রমাণ

নতুন পদার্থবিজ্ঞানে আশ্চর্যজনক সন্ধানের ইঙ্গিত যা মহাবিশ্ব সম্পর্কে দীর্ঘস্থায়ী প্রশ্নের সম্ভাব্য উত্তর দিতে পারে। কিন্তু কাজ মাত্র শুরু হয়েছে।

প্রথম পদার্থবিদদের পর্যবেক্ষণটি যাচাই (বা মিথ্যা) করতে হবে। নতুন, উচ্চাভিলাষী গ্যালাক্সি সমীক্ষা যার উপর বিশ্লেষণের পুনরাবৃত্তি করা হবে তা ইতিমধ্যেই চলছে। চলমান ডার্ক এনার্জি স্পেকট্রোস্কোপিক ইন্সট্রুমেন্ট জরিপ, উদাহরণস্বরূপ, এ পর্যন্ত 14 মিলিয়ন গ্যালাক্সি লগ ইন করেছে এবং এটি সম্পন্ন হলে 30 মিলিয়নেরও বেশি থাকবে। "এটি আমাদের আরও ভাল পরিসংখ্যান সহ আরও বিশদে এটি দেখার সুযোগ দেবে," ক্যান বলেছিলেন।

অধিকন্তু, যদি সমতা-লঙ্ঘনকারী সংকেতটি বাস্তব হয়, তবে এটি ছায়াপথের বিতরণ ব্যতীত অন্য ডেটাতে প্রদর্শিত হতে পারে। আকাশের প্রাচীনতম আলো, উদাহরণস্বরূপ — মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ড নামে পরিচিত বিকিরণের স্নান, প্রারম্ভিক মহাবিশ্ব থেকে অবশিষ্ট — আমাদের মহাজাগতিক বৈচিত্র্যের প্রথম দিকের স্ন্যাপশট প্রদান করে। এই আলোর ড্যাপল প্যাটার্নে একই সমতা-লঙ্ঘনকারী পারস্পরিক সম্পর্ক থাকা উচিত যেগুলি পরে গঠিত গ্যালাক্সিগুলির মতো। পদার্থবিদরা বলছেন যে আলোতে এমন একটি সংকেত খুঁজে পাওয়া উচিত।

দেখার আরেকটি জায়গা হবে মহাকর্ষীয় তরঙ্গের প্যাটার্ন যা মুদ্রাস্ফীতির সময় উত্পন্ন হতে পারে, যাকে বলা হয় স্টোকাস্টিক মহাকর্ষীয় তরঙ্গ পটভূমি। স্পেস-টাইম ফ্যাব্রিকের এই কর্কস্ক্রু-সদৃশ লহরগুলি ডান-হাতে বা বাম-হাতে হতে পারে এবং সমতা-সংরক্ষণকারী বিশ্বে, তাদের প্রতিটির সমান পরিমাণ থাকবে। সুতরাং যদি পদার্থবিজ্ঞানীরা এই পটভূমি পরিমাপ করতে পরিচালনা করেন এবং খুঁজে পান যে এক হাতের সুবিধার পক্ষে, এটি হবে প্রারম্ভিক মহাবিশ্বে সমতা-লঙ্ঘনকারী পদার্থবিজ্ঞানের একটি দ্ব্যর্থহীন, স্বাধীন পরীক্ষা।

প্রমাণের জন্য অনুসন্ধান শুরু হওয়ার সাথে সাথে তাত্ত্বিকরা মুদ্রাস্ফীতির মডেলগুলি অধ্যয়ন করবেন যা সংকেত তৈরি করতে পারে। সঙ্গে জিওভানি ক্যাবাস, প্রিন্সটন, নিউ জার্সির ইনস্টিটিউট ফর অ্যাডভান্সড স্টাডির একজন তাত্ত্বিক পদার্থবিদ, ফিলকক্স সম্প্রতি তার পরিমাপ ব্যবহার করেছেন সমতা-লঙ্ঘনকারী মডেলের একটি সংখ্যক পরীক্ষা করুন মুদ্রাস্ফীতির, যার মধ্যে চেরন-সিমন্স ধরনের। (তারা এখনও নিশ্চিতভাবে বলতে পারে না কোন মডেল, যদি থাকে, সঠিক।)

আলেকজান্ডার চেরন-সিমন্স মাধ্যাকর্ষণ বোঝার জন্য তার প্রচেষ্টাকে পুনরায় কেন্দ্রীভূত করেছেন। কামিওনকোস্কি সহ সহযোগীদের সাথে এবং সিরিল ক্রেক-সারবিনোস্কি কম্পিউটেশনাল অ্যাস্ট্রোফিজিক্সের ফ্ল্যাটিরন ইনস্টিটিউটের সেন্টার, আলেকজান্ডার প্রাথমিক মহাবিশ্বে চেরন-সিমন্সের মাধ্যাকর্ষণ কীভাবে আজকের ছায়াপথগুলির বন্টনকে প্রভাবিত করবে সে সম্পর্কে সূক্ষ্ম বিবরণের কাজ শুরু করেছেন।

"আমি একধরনের একাকী সৈনিকের মতো ছিলাম যে এই জিনিসটিকে কিছুক্ষণের জন্য ঠেলে দিচ্ছিল," তিনি বলেছিলেন। "লোকেরা আগ্রহ নিচ্ছে দেখে ভালো লাগছে।"

সম্পাদকের দ্রষ্টব্য: ফ্ল্যাটিরন ইনস্টিটিউট সিমন্স ফাউন্ডেশন দ্বারা অর্থায়ন করা হয়, যা এই সম্পাদকীয়ভাবে স্বাধীন পত্রিকাটিকেও সমর্থন করে। এছাড়াও, অলিভার ফিলকক্স সিমন্স ফাউন্ডেশন থেকে তহবিল পান।