שבירת סימטריה ב"טטרהדרונים גלקטיים" קשורה להפרת זוגיות - עולם הפיזיקה

שבירת סימטריה ב"טטרהדרונים גלקטיים" קשורה להפרת זוגיות - עולם הפיזיקה

חותמת זמן: 13 ביוני 2023 9:58

גלקסיות JWST
הפרת זוגיות: תמונה של גלקסיות שצולמה על ידי טלסקופ החלל ג'יימס ווב. אסטרונומים מצאו עדויות לכך שהפרת זוגיות ביקום המוקדם משפיעה על תפוצת הגלקסיות כיום. (באדיבות: NASA/ESA/CSA/JWST)

אסטרונומים בארה"ב גילו אסימטריה בלתי צפויה במיקומים היחסיים של גלקסיות שהם מאות מיליוני אור-בהפרש של שנים. ניתן להסביר את התופעה על ידי שבירת הסימטריה של חוקי הטבע, שלפי ההערכה התרחשה זמן קצר לאחר המפץ הגדול. כתוצאה מכך, התצפית יכולה לעזור להסביר מדוע נראה שיש הרבה יותר חומר מאנטי-חומר ביקום הנצפה.

התגלית בוצעה על ידי ניתוח מסד נתונים של למעלה ממיליון גלקסיות שנצפו על ידי סקר ספקטרוסקופי תנודה באריון (בּוֹס). המחקר נעשה על ידי ג'יאמין הו ו זכרי סלפיאן באוניברסיטת פלורידה, ו רוברט קאן במעבדה הלאומית של לורנס ברקלי בקליפורניה, שמצא את הדפוס הבלתי צפוי.

התצפית קשורה לסימטריית זוגיות, החלה על האינטראקציות האלקטרומגנטיות והכבידה ארוכות הטווח במודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים. זוגיות מחייבת שמערכת פיזית תתנהג באותו אופן כמו תמונת המראה שלה. ידיים אנושיות, למשל, הן תמונות מראה זו של זו, אך חוקי הפיזיקה חלים באותה מידה על ידי ימין ושמאל.

הפרת זוגיות

בעולם המיקרוסקופי, לעומת זאת, סימטריה זוגית יכולה להיות מופרת על ידי האינטראקציה החלשה ואולי על ידי האינטראקציה החזקה - ששניהם פועלים במרחקים קצרים מאוד.

השלישייה חקרה סימטריה זוגית בקנה מידה גדול מאוד על ידי ציור קווים בין רביעיות של גלקסיות המופרדות על ידי מרחקים בין 65 מיליון ל-500 מיליון אור-שנים. כפי שהראו בעיתון האחרון ב מכתבי סקירה פיזית, ניתן לנתח את הטטרהדרונים שנוצרו על ידי תרגיל זה כדי למצוא ראיות להפרת זוגיות.

כעת, הם מדווחים על התוצאה של מחקר כזה, שסלפיאן מתאר כ"הפתעה ענקית".

הצוות הגדיר טטרהדרונים גלקטיים ימניים ושמאליים על סמך האופן שבו גלקסיות היו מחוברות לשותפים הקרובים והרחוקים ביותר שלהן. הם גילו שיש הרבה יותר גלקסיות עם סוג יד אחד מהשני.

טטרהדרונים גלקטיים

"עבור כל התפלגות גלקסיה נתונה אנו מניחים שהצביר אינו משתנה תחת סיבוב סביב כל גלקסיה", מסביר סלפיאן. "אז, אם אני יושב בגלקסיה אחת, אני אמור לראות שדפוס ההתקבצות זהה בממוצע בכל מקום שבו אני מסובב את ראשי ומסתכל. אולם במקום זאת אנו רואים עודף של טטרהדרות על פני תמונות המראה שלהם."

למרות עוצמת ההשפעה, הסיבה לידיעתיות זו נותרה בגדר תעלומה. כוח הכבידה הוא הכוח הידוע היחיד שיכול לפעול על פני המרחקים העצומים המפרידים בין הגלקסיות, והוא לא אמור להפר את הזוגיות. במקום זאת, סלפיאן אומר שהא-סימטריה "בטח הוטבעה עוד קודם לכן בהיסטוריה של היקום כאשר כוחות אחרים פעלו".

זה מחזיר אותנו כל הדרך אחורה לתקופת האינפלציה הקוסמית, שהתרחשה בערך ב-10-33 לאחר המפץ הגדול. בשלב זה היקום חווה תקופה קצרה של התפשטות מהירה ביותר. פיזיקאים מאמינים שתנודות קוונטיות במהלך האינפלציה התרחבו מאז והפכו למבנה רחב היקף של היקום. לכן, כל הפרת זוגיות הקיימת במהלך האינפלציה עלולה להיטבע באופן שבו הגלקסיות מפוזרות ביקום 13.7 מיליארד שנים מאוחר יותר.

 מקורה של הפרת זוגיות זו נותר לא ידוע. "זה יכול היה להיות כוח חדש, או חלקיק חדש, שפועל בקנה מידה קוונטי באותה תקופה", אומר סלפיאן.

חסר אנטי-חומר

התבוננות פוטנציאלית זו של הפרת זוגיות באופן תפוצת הגלקסיות היא חדשות מרגשות. בנוסף להציע את קיומה של פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי, יכול גם לעזור לפתור עוד אחת מהתעלומות העמוקות ביותר של הפיזיקה: מדוע יש ביקום הרבה יותר חומר מאנטי-חומר.

המודל הסטנדרטי חוזה שכמויות שוות של חומר ואנטי-חומר היו אמורות להיווצר במפץ הגדול. אילו זה היה קורה, החומר והאנטי-חומר היו מחסלים זה את זה, ומשאירים את היקום בלי שניהם. למזלנו נראה שנשאר עודף של חומר - תופעה שנקראת בריוגנזה.

יתכן שהמנגנון שגרם להפרת זוגיות שהוביל לתצפית אסטרונומית אחרונה זו יכול להיות קשור גם לבריוגנזה.

"יש מגוון של מנגנונים שיכולים לגרום להפרת זוגיות, כולם די ספקולטיביים", אומר סלפיאן. הוא מצטט חלקיקים היפותטיים הנקראים אקסיון, או אחד הכוחות הבסיסיים שמתנהגים אחרת באנרגיות הגבוהות של המפץ הגדול. "למרות שלא מובטח שכל מנגנון שמייצר את הפרת הזוגיות הזו בגלקסיות יכול גם להסביר את הבריוגנזה, אני חושב שבהחלט יכול להיות קשר."

בעוד שקיומה של אסימטריה גלקטית זו לא הוכח מעבר לכל ספק, הממצאים מספקים עדויות חזקות לאינפלציה ולפיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי. עם זאת, טעות שיטתית בנתונים יכולה להיות אחראית לתצפית. "אני ארגיש הרבה יותר טוב ברגע שאותו אות ייראה במערך נתונים אחר שנלקח על ידי מכשיר אחר עם תוכנות שונות ואנשים שונים", אומר סלפיאן.

סלפיאן, הו וקהן כולם חברים בצוות המדע של ה- מכשיר ספקטרוסקופי של אנרגיה אפלה (DESI) במצפה הלאומי Kitt Peak. היא תצפה ביותר מ-35 מיליון גלקסיות, והשלישיה מתכוונת להשתמש ב-DESI כדי לבצע תצפיות נוספות כדי לאשר את ממצאיה.

התוצאות מתוארות ב הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה.

בול זמן:

עוד מ עולם הפיזיקה