Pecahnya simetri dalam 'tetrahedron galaksi' terkait dengan pelanggaran paritas – Dunia Fisika

Pecahnya simetri dalam 'tetrahedron galaksi' terkait dengan pelanggaran paritas – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 13 Juni 2023 9

galaksi JWST
Pelanggaran paritas: gambar galaksi yang diambil oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb. Para astronom telah menemukan bukti bahwa pelanggaran paritas di alam semesta awal mempengaruhi distribusi galaksi saat ini. (Sumber: NASA/ESA/CSA/JWST)

Para astronom di AS telah menemukan asimetri tak terduga pada posisi relatif galaksi yang berjarak ratusan juta cahaya-terpisah beberapa tahun. Fenomena tersebut dapat dijelaskan dengan rusaknya simetri hukum alam yang diyakini terjadi tak lama setelah Big Bang. Hasilnya, pengamatan tersebut dapat membantu menjelaskan mengapa tampaknya terdapat lebih banyak materi daripada antimateri di alam semesta yang dapat diamati.

Penemuan ini dilakukan dengan menganalisis database lebih dari satu juta galaksi yang diamati oleh Survei Spektroskopi Osilasi Baryon (BOS). Penelitian tersebut dilakukan oleh Jiamin Hou dan Zachary Slepian di Universitas Florida, dan Robert Cahn di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley di California, yang menemukan pola yang tidak terduga.

Pengamatan tersebut terkait dengan simetri paritas, yang berlaku pada interaksi elektromagnetik dan gravitasi jarak jauh dalam Model Standar fisika partikel. Paritas mensyaratkan bahwa sistem fisik akan berperilaku sama seperti bayangan cerminnya. Tangan manusia, misalnya, merupakan bayangan cermin satu sama lain, namun hukum fisika berlaku sama untuk tangan kanan dan kiri.

Pelanggaran paritas

Namun, dalam dunia mikroskopis, simetri paritas dapat dilanggar oleh interaksi yang lemah dan mungkin oleh interaksi yang kuat – yang keduanya terjadi pada jarak yang sangat pendek.

Ketiganya mengeksplorasi simetri paritas dalam skala yang sangat besar dengan menggambar garis antara galaksi kembar empat yang dipisahkan oleh jarak antara 65 juta hingga 500 juta cahaya.-bertahun-tahun. Seperti yang mereka tunjukkan dalam makalah terbaru di Physical Review Letters, tetrahedron yang dibuat oleh latihan ini kemudian dapat dianalisis untuk mencari bukti pelanggaran paritas.

Kini, mereka melaporkan hasil penelitian tersebut, yang oleh Slepian digambarkan sebagai “kejutan besar”.

Tim mendefinisikan tetrahedron galaksi kanan dan kiri berdasarkan bagaimana galaksi terhubung ke mitra terdekat dan terjauhnya. Mereka menemukan bahwa terdapat lebih banyak galaksi dengan satu jenis penggunaan tangan dibandingkan yang lainnya.

Tetrahedron galaksi

“Untuk sebaran galaksi tertentu, kami berasumsi bahwa pengelompokannya tidak berubah dalam rotasi galaksi mana pun,” jelas Slepian. “Jadi, jika saya duduk di satu galaksi, saya akan melihat bahwa pola pengelompokannya rata-rata sama di mana pun saya memutar kepala dan melihat. Namun sebaliknya kita melihat kelebihan tetrahedra di atas bayangan cerminnya.”

Meskipun efeknya kuat, alasan kecenderungan ini masih menjadi misteri. Gravitasi adalah satu-satunya gaya yang diketahui dapat bekerja pada jarak yang sangat jauh yang memisahkan galaksi, dan gaya tersebut tidak boleh melanggar keseimbangan. Sebaliknya, Slepian mengatakan bahwa asimetri tersebut, “pasti telah tercetak bahkan lebih awal dalam sejarah alam semesta ketika kekuatan lain sedang berperan”.

Hal ini membawa kita kembali ke periode inflasi kosmik, yang terjadi sekitar tahun 10-33 s setelah Big Bang. Pada titik ini alam semesta mengalami periode singkat perluasan yang sangat pesat. Fisikawan percaya bahwa fluktuasi kuantum selama inflasi telah meluas hingga menjadi struktur alam semesta berskala besar. Oleh karena itu, setiap pelanggaran paritas yang terjadi selama inflasi dapat berdampak pada distribusi galaksi di alam semesta 13.7 miliar tahun kemudian.

 Asal usul pelanggaran paritas ini masih belum diketahui. “Bisa jadi itu adalah gaya baru, atau partikel baru, yang bekerja pada skala kuantum pada saat itu,” kata Slepian.

Antimateri hilang

Pengamatan potensi pelanggaran paritas dalam distribusi galaksi adalah berita yang menggembirakan. Selain menunjukkan keberadaan fisika di luar Model Standar, hal ini juga dapat membantu memecahkan misteri terdalam fisika lainnya: mengapa terdapat lebih banyak materi daripada antimateri di alam semesta.

Model Standar memperkirakan bahwa jumlah materi dan antimateri yang sama seharusnya terbentuk pada Big Bang. Seandainya hal itu terjadi, materi dan antimateri akan saling memusnahkan, sehingga alam semesta tidak memiliki keduanya. Beruntungnya bagi kita tampaknya masih terdapat kelebihan materi yang tersisa – sebuah fenomena yang disebut bariogenesis.

Ada kemungkinan bahwa mekanisme yang menyebabkan pelanggaran paritas yang menyebabkan pengamatan astronomi terbaru ini juga terkait dengan bariogenesis.

“Ada berbagai mekanisme yang dapat menyebabkan pelanggaran paritas, semuanya cukup spekulatif,” kata Slepian. Dia mengutip partikel hipotetis yang disebut axion, atau salah satu gaya fundamental yang berperilaku berbeda pada energi tinggi Big Bang. “Meskipun tidak ada jaminan bahwa mekanisme apa pun yang menyebabkan pelanggaran paritas di galaksi juga dapat menjelaskan bariogenesis, saya pikir pasti ada hubungannya.”

Meskipun keberadaan asimetri galaksi ini belum dapat dipastikan, temuan ini memberikan bukti kuat mengenai inflasi dan fisika di luar Model Standar. Namun, kesalahan sistematis dalam data dapat menjadi penyebab observasi tersebut. “Saya akan merasa jauh lebih baik ketika sinyal yang sama terlihat pada kumpulan data berbeda yang diambil oleh instrumen berbeda, perangkat lunak berbeda, dan orang berbeda,” kata Slepian.

Slepian, Hou dan Cahn semuanya adalah anggota tim sains Instrumen Spektroskopi Energi Gelap (DESI) di Observatorium Nasional Kitt Peak. Ia akan mengamati lebih dari 35 juta galaksi, dan ketiganya bermaksud menggunakan DESI untuk melakukan observasi lebih lanjut guna mengonfirmasi temuan mereka.

Hasilnya dijelaskan dalam Pemberitahuan Bulanan dari Royal Astronomical Society.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika