Symmetriebreking in 'galactische tetraëders' gekoppeld aan pariteitsschending - Physics World

Astronomen in de VS hebben een onverwachte asymmetrie ontdekt in de relatieve posities van sterrenstelsels die honderden miljoenen licht bevatten-jaren uit elkaar. Het fenomeen zou kunnen worden verklaard door een breuk in de symmetrie van de natuurwetten, die vermoedelijk kort na de oerknal heeft plaatsgevonden. Als gevolg hiervan zou de waarneming kunnen helpen verklaren waarom er in het waarneembare universum veel meer materie dan antimaterie lijkt te zijn.

De ontdekking werd gedaan door het analyseren van een database van meer dan een miljoen sterrenstelsels die door de NASA zijn waargenomen Baryon oscillatie spectroscopisch onderzoek (BAAS). Het onderzoek is gedaan door Jiamin Hou en Zakaria Slepian aan de Universiteit van Florida, en Robert Cahn bij het Lawrence Berkeley National Laboratory in Californië, die het onverwachte patroon ontdekte.

De waarneming houdt verband met pariteitssymmetrie, die van toepassing is op de elektromagnetische en zwaartekrachtinteracties op lange afstand in het standaardmodel van de deeltjesfysica. Pariteit vereist dat een fysiek systeem zich op dezelfde manier gedraagt ​​als zijn spiegelbeeld. Mensenhanden zijn bijvoorbeeld spiegelbeelden van elkaar, maar de wetten van de natuurkunde zijn zowel op rechter- als op linkerhand van toepassing.

Pariteitsschending

In de microscopische wereld kan de pariteitssymmetrie echter worden geschonden door de zwakke interactie en mogelijk door de sterke interactie – die beide op zeer korte afstanden werken.

Het trio onderzocht pariteitssymmetrie op zeer grote schaal door lijnen te trekken tussen vierlingen van sterrenstelsels die van elkaar gescheiden zijn door afstanden tussen 65 miljoen en 500 miljoen licht.-jaar. Zoals ze lieten zien in een recent artikel in Physical Review Letters, zouden de tetraëders die door deze oefening zijn ontstaan, vervolgens kunnen worden geanalyseerd op bewijs van pariteitsschending.

Nu rapporteren ze het resultaat van een dergelijk onderzoek, dat Slepian omschrijft als een “enorme verrassing”.

Het team definieerde rechts- en linkshandige galactische tetraëders op basis van hoe sterrenstelsels verbonden waren met hun dichtstbijzijnde en verste partners. Ze ontdekten dat er aanzienlijk meer sterrenstelsels waren met het ene type handigheid dan het andere.

Galactische tetraëders

“Voor elke gegeven verdeling van sterrenstelsels gaan we ervan uit dat de clustering invariant is onder rotatie rond elk sterrenstelsel”, legt Slepian uit. “Dus als ik in één sterrenstelsel zit, zou ik moeten zien dat het patroon van clustering gemiddeld hetzelfde is, waar ik ook mijn hoofd draai en kijk. Maar in plaats daarvan zien we een overmaat aan tetraëders boven hun spiegelbeelden.”

Ondanks de kracht van het effect blijft de reden voor deze handigheid een mysterie. Zwaartekracht is de enige bekende kracht die kan werken over de enorme afstanden tussen de sterrenstelsels, en mag de pariteit niet schenden. In plaats daarvan zegt Slepian dat de asymmetrie “nog eerder in de geschiedenis van het universum moet zijn ingeprent, toen er andere krachten in het spel waren”.

Dit brengt ons helemaal terug naar de periode van kosmische inflatie, die plaatsvond rond 10 jaar^-33 s na de oerknal. Op dit punt beleefde het heelal een korte periode van extreem snelle uitdijing. Natuurkundigen geloven dat kwantumfluctuaties tijdens inflatie sindsdien zijn uitgegroeid tot de grootschalige structuur van het universum. Daarom zou elke pariteitsschending tijdens de inflatie een stempel kunnen drukken op de manier waarop sterrenstelsels 13.7 miljard jaar later in het universum worden verdeeld.

 De oorsprong van deze pariteitsschending blijft onbekend. ‘Het had een nieuwe kracht kunnen zijn, of een nieuw deeltje, dat op dat moment op kwantumschaal werkte’, zegt Slepian.

Ontbrekende antimaterie

Deze potentiële waarneming van pariteitsschending in de manier waarop sterrenstelsels worden verspreid, is opwindend nieuws. Dit zou niet alleen het bestaan ​​van natuurkunde buiten het Standaardmodel suggereren, maar ook een van de diepste mysteries van de natuurkunde helpen oplossen: waarom is er veel meer materie dan antimaterie in het universum.

Het Standaardmodel voorspelt dat tijdens de oerknal gelijke hoeveelheden materie en antimaterie gevormd zouden moeten zijn. Als dat was gebeurd, zouden materie en antimaterie elkaar hebben vernietigd, waardoor het universum geen van beide zou hebben. Gelukkig voor ons lijkt er een overmaat aan materie over te zijn gebleven – een fenomeen dat baryogenese wordt genoemd.

Het is mogelijk dat het mechanisme dat de pariteitsschending veroorzaakte die tot deze laatste astronomische waarneming leidde, ook verband zou kunnen houden met baryogenese.

Vijfde kracht zou raadselachtige banen van dwergstelsels kunnen verklaren

“Er bestaat een reeks mechanismen die pariteitsschending kunnen veroorzaken, en die zijn allemaal behoorlijk speculatief”, zegt Slepian. Hij haalt hypothetische deeltjes aan die axionen worden genoemd, of een van de fundamentele krachten die zich anders gedragen in de hoge energieën van de oerknal. “Hoewel het niet gegarandeerd is dat welk mechanisme dan ook dat deze pariteitsschending in de sterrenstelsels veroorzaakt ook de baryogenese zou kunnen verklaren, denk ik dat er zeker een verband zou kunnen zijn.”

Hoewel het bestaan ​​van deze galactische asymmetrie niet zonder enige twijfel is vastgesteld, leveren de bevindingen krachtig bewijs voor inflatie en natuurkunde die verder gaan dan het standaardmodel. Een systematische fout in de gegevens kan echter verantwoordelijk zijn voor de waarneming. "Ik zal me een stuk beter voelen als hetzelfde signaal wordt gezien in een andere dataset, genomen door een ander instrument met andere software en verschillende mensen", zegt Slepian.

Slepian, Hou en Cahn zijn allemaal lid van het wetenschappelijke team van de Spectroscopisch instrument voor donkere energie (DESI) bij het Kitt Peak National Observatory. Het zal meer dan 35 miljoen sterrenstelsels observeren, en het trio is van plan DESI te gebruiken om verdere waarnemingen te doen om hun bevindingen te bevestigen.

De resultaten zijn beschreven in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• EVM Financiën. Uniforme interface voor gedecentraliseerde financiën. Toegang hier.
• Quantum Media Groep. IR/PR versterkt. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/symmetry-breaking-in-galactic-tetrahedrons-linked-to-parity-violation/