Kršitev simetrije v "galaktičnih tetraedrih", povezana s kršitvijo paritete - Physics World

Astronomi v ZDA so odkrili nepričakovano asimetrijo v relativnih položajih galaksij, ki obsegajo na stotine milijonov svetlobe.-let narazen. Pojav bi lahko pojasnili z zlomom simetrije naravnih zakonov, ki naj bi se zgodil kmalu po velikem poku. Posledično bi lahko opazovanje pomagalo razložiti, zakaj se zdi, da je v opazljivem vesolju veliko več snovi kot antimaterije.

Do odkritja so prišli z analizo baze podatkov več kot milijona galaksij, ki jih je opazoval Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (ŠEF). Raziskavo sta opravila Jiamin Hou in Zachary Slepian na Univerzi na Floridi in Robert Cahn v Nacionalnem laboratoriju Lawrence Berkeley v Kaliforniji, ki je našel nepričakovan vzorec.

Opazovanje je povezano s paritetno simetrijo, ki velja za elektromagnetne in gravitacijske interakcije na dolge razdalje v standardnem modelu fizike delcev. Pariteta zahteva, da se fizični sistem obnaša enako kot njegova zrcalna slika. Človeške roke so na primer zrcalne slike druga druge, vendar zakoni fizike enako veljajo za desno in levo roko.

Kršitev paritete

V mikroskopskem svetu pa lahko paritetno simetrijo porušita šibka interakcija in po možnosti močna interakcija – obe delujeta na zelo kratkih razdaljah.

Trojica je raziskovala paritetno simetrijo v zelo velikem obsegu z risanjem črt med četverčki galaksij, ki so ločene z razdaljami med 65 in 500 milijoni svetlobnih žarkov.-leta. Kot so pokazali v nedavnem dokumentu v Pisni pregledi fizike, bi lahko tetraedre, ustvarjene s to vajo, nato analizirali za dokaz kršitve paritete.

Zdaj poročajo o rezultatu takšne študije, ki jo Slepian opisuje kot "veliko presenečenje".

Ekipa je definirala desne in leve galaktične tetraedre na podlagi tega, kako so bile galaksije povezane s svojimi najbližjimi in najbolj oddaljenimi partnerji. Ugotovili so, da obstaja bistveno več galaksij z eno vrsto ročnosti kot z drugo.

Galaktični tetraedri

"Za vsako dano porazdelitev galaksij predpostavljamo, da je združevanje nespremenljivo glede na vrtenje okoli katere koli galaksije," pojasnjuje Slepian. »Torej, če sedim v eni galaksiji, bi moral videti, da je vzorec združevanja v povprečju enak, kamorkoli obrnem glavo in pogledam. Toda namesto tega vidimo presežek tetraedrov nad njihovimi zrcalnimi slikami.«

Kljub močnemu učinku razlog za to ročnost ostaja skrivnost. Gravitacija je edina znana sila, ki lahko deluje na ogromnih razdaljah, ki ločujejo galaksije, in ne bi smela kršiti paritete. Namesto tega Slepian pravi, da je morala biti asimetrija "vtisnjena celo prej v zgodovini vesolja, ko so bile v igri druge sile".

To nas popelje vse nazaj v obdobje kozmične inflacije, ki se je zgodila okoli 10^-33 po velikem poku. Na tej točki je vesolje doživelo kratko obdobje izjemno hitrega širjenja. Fiziki verjamejo, da so se kvantna nihanja med inflacijo od takrat razširila in postala obsežna struktura vesolja. Zato se lahko kakršna koli kršitev paritete, prisotna med inflacijo, vtisne v to, kako so galaksije porazdeljene v vesolju 13.7 milijarde let pozneje.

 Izvor te kršitve paritete ostaja neznan. "Lahko bi bila nova sila ali nov delec, ki je takrat deloval na kvantni lestvici," pravi Slepian.

Manjka antimaterija

To morebitno opazovanje kršitve paritete v porazdelitvi galaksij je vznemirljiva novica. Poleg nakazovanja obstoja fizike onkraj standardnega modela bi lahko tudi pomagalo rešiti še eno najglobljih skrivnosti fizike: zakaj je v vesolju veliko več materije kot antimaterije.

Standardni model predvideva, da bi morale v velikem poku nastati enake količine materije in antimaterije. Če bi se to zgodilo, bi se materija in antimaterija uničili, vesolju pa ne bi ostala nobena. Na našo srečo se zdi, da je ostal presežek snovi – pojav, imenovan bariogeneza.

Možno je, da je mehanizem, ki je povzročil kršitev paritete, ki je privedla do tega najnovejšega astronomskega opazovanja, lahko povezan tudi z bariogenezo.

Peta sila bi lahko pojasnila zagonetne orbite pritlikavih galaksij

"Obstaja vrsta mehanizmov, ki lahko povzročijo kršitev paritete, vsi pa so precej špekulativni," pravi Slepian. Navaja hipotetične delce, imenovane aksioni, ali eno od temeljnih sil, ki se pri visokih energijah velikega poka obnašajo drugače. "Čeprav ni zagotovljeno, da bi katerikoli mehanizem, ki povzroča to kršitev paritete v galaksijah, lahko pojasnil tudi bariogenezo, mislim, da bi zagotovo lahko obstajala povezava."

Medtem ko obstoj te galaktične asimetrije ni bil nedvomno ugotovljen, so ugotovitve močni dokazi za inflacijo in fiziko onkraj standardnega modela. Vendar pa bi lahko bila za opazovanje odgovorna sistematična napaka v podatkih. »Počutil se bom veliko bolje, ko bo isti signal viden v drugem naboru podatkov, posnetem z drugim instrumentom z drugačno programsko opremo in drugimi ljudmi,« pravi Slepian.

Slepian, Hou in Cahn so vsi člani znanstvene ekipe Spektroskopski instrument temne energije (DESI) na nacionalnem observatoriju Kitt Peak. Opazoval bo več kot 35 milijonov galaksij in trio namerava uporabiti DESI za nadaljnja opazovanja, da potrdi svoje ugotovitve.

Rezultati so opisani v Mesečna obvestila Royal Astronomical Society.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• EVM Finance. Poenoten vmesnik za decentralizirane finance. Dostopite tukaj.
• Quantum Media Group. IR/PR ojačan. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/symmetry-breaking-in-galactic-tetrahedrons-linked-to-parity-violation/