Rotura de simetría en 'tetraedros galácticos' vinculados a violación de paridad – Physics World

Rotura de simetría en 'tetraedros galácticos' vinculados a violación de paridad – Physics World

Marca de tiempo: 13 de junio de 2023 9:58 a.m.

Galaxias JWST
Violación de paridad: imagen de galaxias tomada por el Telescopio Espacial James Webb. Los astrónomos han encontrado evidencia de que la violación de la paridad en el universo primitivo afecta la distribución de las galaxias en la actualidad. (Cortesía: NASA/ESA/CSA/JWST)

Astrónomos de EE. UU. han descubierto una asimetría inesperada en las posiciones relativas de las galaxias que tienen cientos de millones de luz.–años de diferencia El fenómeno podría explicarse por una ruptura de la simetría de las leyes de la naturaleza que se cree que ocurrió poco después del Big Bang. Como resultado, la observación podría ayudar a explicar por qué parece haber mucha más materia que antimateria en el universo observable.

El descubrimiento se realizó mediante el análisis de una base de datos de más de un millón de galaxias observadas por el Encuesta espectroscópica de oscilación bariónica (JEFE). La investigación fue realizada por Jiamin Hou y Zachary Slépian en la Universidad de Florida, y Roberto Cahn en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, quienes encontraron el patrón inesperado.

La observación está relacionada con la simetría de paridad, que se aplica a las interacciones electromagnéticas y gravitatorias de largo alcance en el modelo estándar de física de partículas. La paridad requiere que un sistema físico se comporte de la misma manera que su imagen especular. Las manos humanas, por ejemplo, son imágenes especulares entre sí, pero las leyes de la física se aplican por igual a las manos derecha e izquierda.

violación de paridad

Sin embargo, en el mundo microscópico, la simetría de paridad puede ser violada por la interacción débil y posiblemente por la interacción fuerte, que actúan a distancias muy cortas.

El trío exploró la simetría de paridad a gran escala dibujando líneas entre cuatrillizos de galaxias que están separadas por distancias entre 65 y 500 millones de luz.–años. Como demostraron en un artículo reciente en Physical Review Letters, los tetraedros creados por este ejercicio podrían luego analizarse en busca de evidencia de violación de paridad.

Ahora, informan el resultado de dicho estudio, que Slepian describe como una "gran sorpresa".

El equipo definió tetraedros galácticos diestros y zurdos en función de cómo las galaxias estaban conectadas con sus socios más cercanos y más lejanos. Descubrieron que había significativamente más galaxias con un tipo de mano que con el otro.

tetraedros galácticos

"Para cualquier distribución de galaxias, asumimos que el agrupamiento es invariable bajo la rotación de cualquier galaxia", explica Slepian. “Entonces, si estoy sentado en una galaxia, debería ver que el patrón de agrupamiento es en promedio el mismo dondequiera que gire la cabeza y mire. Sin embargo, en cambio, vemos un exceso de tetraedros sobre sus imágenes especulares”.

A pesar de la fuerza del efecto, la razón de esta lateralidad sigue siendo un misterio. La gravedad es la única fuerza conocida que puede actuar sobre las enormes distancias que separan las galaxias, y no debería violar la paridad. En cambio, Slepian dice que la asimetría "debe haber sido impresa incluso antes en la historia del universo cuando otras fuerzas estaban en juego".

Esto nos retrotrae al período de la inflación cósmica, que ocurrió alrededor de 10-33 s después del Big Bang. En este punto, el universo experimentó un breve período de expansión extremadamente rápida. Los físicos creen que las fluctuaciones cuánticas durante la inflación se han expandido desde entonces para convertirse en la estructura a gran escala del universo. Por lo tanto, cualquier violación de paridad presente durante la inflación podría quedar impresa en cómo se distribuyen las galaxias en el universo 13.7 millones de años después.

 El origen de esta violación de la paridad sigue siendo desconocido. “Podría haber sido una nueva fuerza, o una nueva partícula, actuando en una escala cuántica en ese momento”, dice Slepian.

Falta antimateria

Esta posible observación de la violación de la paridad en cómo se distribuyen las galaxias es una noticia emocionante. Además de sugerir la existencia de física más allá del Modelo Estándar, también podría ayudar a resolver otro de los misterios más profundos de la física: por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo.

El modelo estándar predice que en el Big Bang deberían haberse formado cantidades iguales de materia y antimateria. Si eso hubiera sucedido, la materia y la antimateria se habrían aniquilado entre sí, dejando al universo sin ninguna. Afortunadamente para nosotros, parece haber sobrado un exceso de materia, un fenómeno llamado bariogénesis.

Es posible que el mecanismo que causó la violación de la paridad que condujo a esta última observación astronómica también podría estar relacionado con la bariogénesis.

“Existe una variedad de mecanismos que pueden causar la violación de la paridad, todos bastante especulativos”, dice Slepian. Cita partículas hipotéticas llamadas axiones, o una de las fuerzas fundamentales que se comporta de manera diferente en las altas energías del Big Bang. "Si bien no está garantizado que el mecanismo que produce esta violación de la paridad en las galaxias también pueda explicar la bariogénesis, creo que ciertamente podría haber una relación".

Si bien la existencia de esta asimetría galáctica no se ha establecido más allá de toda duda, los hallazgos proporcionan una fuerte evidencia de inflación y física más allá del Modelo Estándar. Sin embargo, un error sistemático en los datos podría ser el responsable de la observación. “Me sentiré mucho mejor una vez que se vea la misma señal en un conjunto de datos diferente tomado por un instrumento diferente con software diferente y personas diferentes”, dice Slepian.

Slepian, Hou y Cahn son todos miembros del equipo científico del Instrumento espectroscópico de energía oscura (DESI) en el Observatorio Nacional de Kitt Peak. Observará más de 35 millones de galaxias, y el trío tiene la intención de usar DESI para realizar más observaciones para confirmar sus hallazgos.

Los resultados se describen en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

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