Pariteetin rikkomiseen liittyvä symmetrian murtuminen "galaktisissa tetraedreissä" – Physics World

Yhdysvaltain tähtitieteilijät ovat havainneet odottamattoman epäsymmetrian galaksien suhteellisissa paikoissa, jotka ovat satoja miljoonia valoa.-vuoden välein. Ilmiö voidaan selittää luonnonlakien symmetrian rikkomisella, jonka uskotaan tapahtuneen pian alkuräjähdyksen jälkeen. Tämän seurauksena havainto voisi auttaa selittämään, miksi havaittavassa maailmankaikkeudessa näyttää olevan paljon enemmän ainetta kuin antimateriaa.

Löytö tehtiin analysoimalla tietokantaa, joka sisältää yli miljoona galaksia, jonka havainnoi Baryonin värähtelyspektroskooppinen tutkimus (POMO). Tutkimuksen teki Jiamin Hou ja Zachary Slepian Floridan yliopistossa ja Robert Cahn Lawrence Berkeley National Laboratoryssa Kaliforniassa, joka löysi odottamattoman kuvion.

Havainto liittyy pariteettisymmetriaan, joka koskee pitkän kantaman sähkömagneettisia ja gravitaatiovuorovaikutuksia hiukkasfysiikan standardimallissa. Pariteetti edellyttää, että fyysinen järjestelmä käyttäytyy samalla tavalla kuin sen peilikuva. Esimerkiksi ihmiskädet ovat peilikuvia toisistamme, mutta fysiikan lait pätevät yhtä lailla oikeaan ja vasempaan käteen.

Pariteetin rikkominen

Mikroskooppisessa maailmassa pariteettisymmetriaa voi kuitenkin rikkoa heikko vuorovaikutus ja mahdollisesti vahva vuorovaikutus – jotka molemmat toimivat hyvin lyhyillä etäisyyksillä.

Kolmikko tutki pariteettisymmetriaa erittäin suuressa mittakaavassa piirtämällä viivoja galaksien nelinkertaisten välille, joita erottaa 65 miljoonan ja 500 miljoonan valon väliset etäisyydet.-vuotta. Kuten he osoittivat äskettäisessä artikkelissa Fyysisen tarkastelun kirjaimet, tällä harjoituksella luodut tetraedrit voitaisiin sitten analysoida todisteiden pariteetin rikkomisesta.

Nyt he raportoivat tällaisen tutkimuksen tuloksesta, jota Slepian kuvailee "valtavaksi yllätykseksi".

Ryhmä määritteli oikea- ja vasenkätiset galaktiset tetraedrit sen perusteella, miten galaksit olivat yhteydessä lähimpiin ja kaukaisimpiin kumppaneihinsa. He havaitsivat, että galakseja, joilla oli yhden tyyppinen käsi, oli huomattavasti enemmän kuin toisia.

Galaktiset tetraedrit

"Jokaisessa galaksijakaumassa oletamme, että klusteroituminen on muuttumaton minkä tahansa galaksin ympäri kiertäessä", Slepian selittää. ”Joten, jos istun yhdessä galaksissa, minun pitäisi nähdä, että klusteroitumiskuvio on keskimäärin sama, minne tahansa pyöritän päätäni ja katson. Mutta sen sijaan näemme ylimääräisen tetraedrin heidän peilikuvissaan."

Vaikutuksen voimakkuudesta huolimatta tämän käden syy on edelleen mysteeri. Painovoima on ainoa tunnettu voima, joka voi toimia galakseja erottavien valtavien etäisyyksien yli, eikä sen pitäisi rikkoa pariteettia. Sen sijaan Slepian sanoo, että epäsymmetria "on täytynyt painaa jo aikaisemmin maailmankaikkeuden historiaan, kun muut voimat olivat pelissä".

Tämä vie meidät aina takaisin kosmisen inflaation aikaan, joka tapahtui noin 10^-33 s alkuräjähdyksen jälkeen. Tässä vaiheessa maailmankaikkeus koki lyhyen erittäin nopean laajenemisjakson. Fyysikot uskovat, että inflaation aikaiset kvanttivaihtelut ovat sittemmin laajentuneet maailmankaikkeuden laajamittaiseksi rakenteeksi. Siksi mikä tahansa inflaation aikana esiintyvä pariteettirikkomus voi jäädä siihen, miten galaksit jakautuvat universumissa 13.7 miljardia vuotta myöhemmin.

 Tämän pariteettirikkomuksen alkuperä on edelleen tuntematon. "Se olisi voinut olla uusi voima tai uusi hiukkanen, joka toimi kvanttimittakaavassa tuolloin", Slepian sanoo.

Antimateriaali puuttuu

Tämä mahdollinen havainto pariteettirikkomuksesta galaksien jakautumisessa on jännittävä uutinen. Sen lisäksi, että se ehdottaa fysiikan olemassaoloa standardimallin ulkopuolella, se voisi myös auttaa ratkaisemaan toisen fysiikan syvimmän mysteerin: miksi universumissa on paljon enemmän ainetta kuin antimateriaa.

Standardimalli ennustaa, että alkuräjähdyksessä olisi pitänyt muodostua yhtä suuret määrät ainetta ja antimateriaa. Jos näin olisi tapahtunut, aine ja antimateria olisivat tuhonneet toisensa jättämättä universumille kumpaakaan. Onneksi meille näyttää jääneen ylimäärä ainetta – ilmiö, jota kutsutaan baryogeneesiksi.

On mahdollista, että tähän viimeisimpään tähtitieteelliseen havaintoon johtanut pariteettirikkomuksen aiheuttanut mekanismi voi liittyä myös baryogeneesiin.

Viides voima voisi selittää kääpiögalaksien hämmentävät kiertoradat

"On olemassa joukko mekanismeja, jotka voivat aiheuttaa pariteettirikkomuksia, kaikki melko spekulatiivisia", Slepian sanoo. Hän mainitsee hypoteettiset hiukkaset, joita kutsutaan aksioneiksi, tai yhdelle perusvoimasta, joka käyttäytyy eri tavalla alkuräjähdyksen korkeissa energioissa. "Vaikka ei ole taattua, että mikä tahansa mekanismi, joka aiheuttaa tämän pariteettirikkomuksen galakseissa, voisi myös selittää baryogeneesin, uskon, että suhde voi varmasti olla."

Vaikka tämän galaktisen epäsymmetrian olemassaoloa ei ole kiistämättä osoitettu, havainnot tarjoavat vahvaa näyttöä inflaatiosta ja fysiikasta standardimallin ulkopuolella. Järjestelmällinen virhe tiedoissa voi kuitenkin olla syynä havaintoon. "Tunnen oloni paljon paremmaksi, kun sama signaali nähdään eri tietojoukossa, joka on otettu eri instrumentilla eri ohjelmistoilla ja eri ihmisillä", Slepian sanoo.

Slepian, Hou ja Cahn ovat kaikki tiederyhmän jäseniä Pimeän energian spektroskooppinen instrumentti (DESI) Kitt Peakin kansallisessa observatoriossa. Se tarkkailee yli 35 miljoonaa galaksia, ja kolmikko aikoo käyttää DESIä lisähavaintojen tekemiseen vahvistaakseen havaintojaan.

Tulokset on kuvattu kohdassa Kuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -tapahtumasta.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• EVM Finance. Hajautetun rahoituksen yhtenäinen käyttöliittymä. Pääsy tästä.
• Quantum Media Group. IR/PR vahvistettu. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/symmetry-breaking-in-galactic-tetrahedrons-linked-to-parity-violation/