شکست تقارن در چهار وجهی کهکشانی با نقض برابری مرتبط است - دنیای فیزیک

شکست تقارن در چهار وجهی کهکشانی با نقض برابری مرتبط است - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 13 ژوئن 2023 ساعت 9:58 صبح

کهکشان های JWST
نقض برابری: تصویری از کهکشان ها که توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب گرفته شده است. ستاره شناسان شواهدی یافته اند که نشان می دهد نقض برابری در جهان اولیه بر توزیع کهکشان های امروزی تأثیر می گذارد. (با احترام: NASA/ESA/CSA/JWST)

ستاره شناسان در ایالات متحده یک عدم تقارن غیرمنتظره را در موقعیت نسبی کهکشان هایی که صدها میلیون نور دارند کشف کرده اند.-سالها فاصله دارد این پدیده را می توان با شکستن تقارن قوانین طبیعت که تصور می شود اندکی پس از انفجار بزرگ رخ داده است، توضیح داد. در نتیجه، این رصد می‌تواند به توضیح اینکه چرا به نظر می‌رسد در جهان قابل مشاهده، ماده بسیار بیشتر از پادماده وجود دارد، کمک کند.

این کشف با تجزیه و تحلیل پایگاه داده ای از بیش از یک میلیون کهکشان مشاهده شده توسط این کشور انجام شد بررسی طیف‌سنجی نوسان باریون (BOSS). تحقیق توسط جیامین هو و زاخاری اسلپیان در دانشگاه فلوریدا، و رابرت کان در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا، که الگوی غیرمنتظره ای را پیدا کرد.

این مشاهدات مربوط به تقارن برابری است که برای برهمکنش های الکترومغناطیسی و گرانشی دوربرد در مدل استاندارد فیزیک ذرات اعمال می شود. برابری مستلزم آن است که یک سیستم فیزیکی مانند تصویر آینه ای خود رفتار کند. برای مثال، دست‌های انسان، تصاویر آینه‌ای از یکدیگر هستند، اما قوانین فیزیک برای دست‌های راست و چپ یکسان اعمال می‌شوند.

نقض برابری

با این حال، در دنیای میکروسکوپی، تقارن برابری را می توان با برهمکنش ضعیف و احتمالاً توسط برهمکنش قوی - که هر دو در فواصل بسیار کوتاه عمل می کنند، نقض کرد.

این سه، تقارن برابری را در مقیاسی بسیار بزرگ با کشیدن خطوطی بین چهارقلوهای کهکشانی که با فواصل بین 65 تا 500 میلیون نور از یکدیگر جدا شده اند، کاوش کردند.-سال ها. همانطور که آنها در مقاله اخیر نشان دادند Physical Review Letters به، چهار وجهی ایجاد شده توسط این تمرین می تواند برای شواهدی از نقض برابری تجزیه و تحلیل شود.

اکنون، آنها نتیجه چنین مطالعه‌ای را گزارش می‌کنند که اسلپیان آن را یک «سورپرایز بزرگ» توصیف می‌کند.

این تیم چهار وجهی کهکشانی راست و چپ را بر اساس نحوه اتصال کهکشان ها به نزدیک ترین و دورترین شرکای خود تعریف کردند. آنها دریافتند که کهکشان هایی با یک نوع دستی به میزان قابل توجهی نسبت به دیگری وجود دارد.

چهار وجهی کهکشانی

اسلپیان توضیح می‌دهد: «برای هر توزیع کهکشانی، ما فرض می‌کنیم که خوشه‌بندی تحت چرخش در هر کهکشانی ثابت است». بنابراین، اگر من در یک کهکشان نشسته باشم، باید ببینم که الگوی خوشه‌بندی به طور متوسط ​​هر جا که سرم را بچرخانم و نگاه کنم یکسان است. با این حال، در عوض، ما بیش از حد چهار وجهی در تصاویر آینه‌ای آن‌ها می‌بینیم.»

با وجود قدرت اثر، دلیل این دست بودن همچنان یک راز باقی مانده است. گرانش تنها نیروی شناخته شده ای است که می تواند در فواصل عظیمی که کهکشان ها را از هم جدا می کند، عمل کند و نباید برابری را نقض کند. در عوض، اسلپیان می‌گوید که این عدم تقارن، «حتی قبل از آن در تاریخ جهان، زمانی که نیروهای دیگر در حال بازی بودند، حک شده است».

این ما را به دوره تورم کیهانی که حدود 10 سال رخ داد برمی گرداند-33 پس از انفجار بزرگ در این مرحله جهان دوره کوتاهی از انبساط بسیار سریع را تجربه کرد. فیزیکدانان معتقدند که نوسانات کوانتومی در طول تورم از آن زمان گسترش یافته و به ساختار مقیاس بزرگ جهان تبدیل شده است. بنابراین، هرگونه نقض برابری که در طول تورم وجود داشته باشد، می تواند در نحوه توزیع کهکشان ها در جهان 13.7 میلیارد سال بعد نقش بست.

 منشا این نقض برابری ناشناخته باقی مانده است. اسلپیان می گوید: «این می توانست یک نیروی جدید یا یک ذره جدید باشد که در آن زمان در مقیاس کوانتومی عمل می کرد.

ضد ماده از دست رفته

این مشاهده بالقوه نقض برابری در نحوه توزیع کهکشان ها خبر هیجان انگیزی است. علاوه بر پیشنهاد وجود فیزیک فراتر از مدل استاندارد، می تواند به حل یکی دیگر از عمیق ترین رازهای فیزیک کمک کند: چرا ماده بسیار بیشتر از پادماده در جهان وجود دارد.

مدل استاندارد پیش بینی می کند که مقادیر مساوی از ماده و پادماده باید در انفجار بزرگ تشکیل می شد. اگر این اتفاق می‌افتاد، ماده و پادماده یکدیگر را نابود می‌کردند و جهان را با هیچ‌کدام از این‌ها رها می‌کردند. خوشبختانه برای ما به نظر می رسد که مقدار زیادی ماده باقی مانده است - پدیده ای به نام باریوژنز.

این امکان وجود دارد که مکانیسمی که باعث نقض برابری شده است که منجر به آخرین مشاهدات نجومی شده است نیز می تواند به باریوژنز مرتبط باشد.

اسلپیان می‌گوید: «مکانیزم‌های مختلفی وجود دارد که می‌تواند باعث نقض برابری شود، که همگی کاملاً گمانه‌زنی هستند. او به ذرات فرضی به نام اکسیون یا یکی از نیروهای بنیادی که در انرژی های بالای بیگ بنگ رفتار متفاوتی دارد، اشاره می کند. اگرچه تضمین نمی‌شود که هر مکانیزمی که این نقض برابری را در کهکشان‌ها ایجاد می‌کند، می‌تواند باریوژنز را نیز توضیح دهد، من فکر می‌کنم مطمئناً می‌تواند رابطه‌ای وجود داشته باشد.»

در حالی که وجود این عدم تقارن کهکشانی بدون شک ثابت نشده است، یافته‌ها شواهد قوی برای تورم و فیزیک فراتر از مدل استاندارد ارائه می‌دهند. با این حال، یک خطای سیستماتیک در داده ها می تواند مسئول مشاهده باشد. اسلپیان می‌گوید: «وقتی سیگنال مشابهی در مجموعه داده‌های متفاوتی که توسط ابزارهای مختلف با نرم‌افزارهای مختلف و افراد مختلف گرفته شده است، مشاهده شود، احساس خیلی بهتری خواهم داشت.

اسلپیان، هو و کان همگی اعضای تیم علمی هستند ابزار طیف سنجی انرژی تاریک (DESI) در رصدخانه ملی کیت پیک. بیش از 35 میلیون کهکشان را رصد خواهد کرد و این سه نفر قصد دارند از DESI برای انجام مشاهدات بیشتر برای تأیید یافته های خود استفاده کنند.

نتایج در شرح داده شده است اطلاعیه های ماهانه انجمن نجوم سلطنتی.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک