Genişleyen bir evren bir kuantum damlacıkta simüle edilir

Ne yazık ki kozmoloji alanı için sadece bir evren var. Bu, deneyleri diğer bilimsel alanlarla aynı şekilde gerçekleştirmeyi oldukça zorlaştırır. Ancak, evren ve ona nüfuz eden kuantum alanlarının, en azından matematiksel bir bakış açısıyla, Bose-Einstein yoğunlaşmaları (BEC'ler) gibi kuantum sıvılarına oldukça benzer olduğu ortaya çıktı. Bu sıvılar, deneylere konu olabilmekte ve kozmolojinin laboratuvarda çalışılmasına olanak sağlamaktadır.

İçinde kâğıt yayınlanan TabiatAlmanya'daki Heidelberg Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, genişleyen bir evreni ve içindeki belirli kuantum alanlarını simüle etmek için ilk kez bir BEC kullandılar. Bu, önemli kozmolojik senaryoların incelenmesine izin verir. Evren şu anda genişlemekle kalmıyor, aynı zamanda Büyük Patlama'dan sonraki saniyenin ilk kesirlerinde "enflasyon" olarak bilinen son derece hızlı bir genişleme döneminden geçtiğine inanılıyor. Bu süreç, erken evrendeki kuantum alanlarının mikroskobik dalgalanmalarını galaksi kümelerinin boyutuna genişleterek, bugünkü evrenimizin büyük ölçekli yapısını tohumlardı.

Bu kozmolojik modeli incelemek için araştırmacılar, bir optik tuzakta potasyum-39 atomlarından oluşan düz bir BEC damlacığı ile başladılar. Bu, simülatörün "evren" kısmıydı ve BEC'nin ortalama yoğunluğuyla ilişkili bir uzamsal eğriliğe sahipti. Kuantum alan kısmı, sıvı içinde hareket eden nicelleştirilmiş ses enerjisi paketleri olan fononlar tarafından oynandı. Bunlar, gerçek evrende dalgalanan fotonlara ve diğer kuantum alanlarına analoglar olarak hizmet etti.

nicelenmiş titreşimler

Fononlar, BEC'ye bir lazer ateşlenerek yaratıldı. Lazer kapatıldığında, damlacıktan bir fonon titreşimi yayıldı. Kuantum parçacıkları, içinde hareket ettikleri uzay-zamanın eğriliği tarafından belirlenen yörüngeleri takip eder. Dolayısıyla araştırmacılar, bu fononların yörüngesini inceleyerek, simüle edilmiş evrenin hedefledikleri uzamsal eğriliğe sahip olduğunu doğrulayabildiler.

Son olarak, BEC'deki atomlar arasındaki etkileşimlerin kuvveti manyetik alanlarla ayarlanarak, uzayın genişlemesi akıllıca başlatıldı. Etkileşim gücünü azaltmak aynı zamanda sesin hızını da azaltır, bu da uzayın karşılık gelen genişlemesiyle aynı etkiyi sağlar. Buradaki fikir, genişletilmiş bir alanda, bir sinyalin uzunluğunu katetmesinin daha uzun sürmesidir. Böylece damlacığı fiziksel olarak genişletmek yerine, sinyali yavaşlatarak aynı etkiyi üretebiliriz.

Kuantum alanları ve dinamik bir uzay-zaman, karmaşık şekillerde etkileşime girer. Özellikle merak uyandıran bir özellik, genişleyen bir uzayın parçacıklar üretebilmesidir; bu, kara deliklerin Hawking radyasyonu yaratmasına benzer bir etkidir. Bilim adamları, BEC'nin saçılma uzunluğunu ayarlayarak, mini evrenlerinin boyutunu, tekdüze, hızlanan ve yavaşlayan genişlemelere karşılık gelen farklı şekillerde "yükseltmeyi" denediler.

Tohumlama büyük ölçekli yapı

Gözlemledikleri şey aslında beklendiği gibi fonon üretimine karşılık geldi. Bu fononlar birbirleriyle etkileşime girdikçe, BEC'de rastgele yoğunluk dalgalanmaları ürettiler. Böylece, erken evrende büyük ölçekli yapının tohumlanmasından sorumlu olduğu tahmin edilen aynı fenomeni gözlemlemişlerdi.

Simüle edilmiş evren bizimkinden büyük ölçüde farklı olsa da - örneğin, yalnızca iki uzamsal boyutu ve farklı bir genel eğriliği var - bu basit araçlar, bilim adamlarının gelecekte zor sorunları çözmelerine yardımcı olabilir.

Ultra soğuk atomlar erken evreni simüle etmeye yaklaşıyor

"Düşündüğümüz gibi zaten basitleştirilmiş kozmolojik modeller, evrenimizde var olan ve iyi anlaşılmayan bazı fenomenleri içerebilir" diye açıklıyor. Marius Spamortak yazarlarından biri olan Tabiat Kağıt.

Bu ilke kanıtı deneyi bile merak uyandıran sürprizler içeriyordu. Genişletici rampalar tarafından sadece fononlar üretilmedi, aynı zamanda toplu salınımlarının özellikleri de gerçekleştirilen rampa tipine bağlıydı. Fononlar, genişlemenin sabit mi, hızlanan mı yoksa yavaşlayan mı olduğunu ortaya çıkaran bilgiler içeriyordu. Sparn'ın ancak teori ve deney arasındaki etkileşimle anlaşıldığını söylediği bu ilginç özellik, bu laboratuvar temelli çalışmaları sürdürmenin olanaklarını gösteriyor.

Araştırmacılar özellikle, bu araçları evrenin ilk anlarına geri dönmek ve evrenin büyük ölçekli yapısının bir kuantum kökenine sahip olduğu hipotezini araştırmak için kullanmayı umuyorlar. ortak yazar Stefan Floerchinger "Standart ders kitabı teorisi eksiksiz mi, yoksa kuantum dalgalanmalarını, korelasyonları ve dolaşıklığı daha ayrıntılı inceleyerek enflasyondan önceki döneme bakmanın yolları var mı?"

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/an-expanding-universe-is-simulated-in-a-quantum-droplet/