Giriş
Fizikçiler, gökyüzündeki galaksilerin dizilişlerinde çarpıcı bir asimetri tespit ettiklerine inanıyorlar. Doğrulanırsa, bulgu Büyük Patlama sırasında işleyen bilinmeyen temel yasaların özelliklerine işaret edecek.
"Bu sonuç gerçekse, birileri Nobel Ödülü alacak" dedi Marc Kamionkowski, Johns Hopkins Üniversitesi'nde analize dahil olmayan bir fizikçi.
Sanki kozmik bir Noktaları Birleştir oyunu oynuyormuş gibi, araştırmacılar dört gökada kümeleri arasında çizgiler çizerek tetrahedra adı verilen dört köşeli şekiller oluşturdular. 1 milyon galaksiden oluşan bir katalogdan mümkün olan her dörtyüzlüyü oluşturduklarında, tek yöne yönlendirilmiş dörtyüzlülerin ayna görüntülerinden sayıca fazla olduğunu gördüler.
Tetrahedra ve ayna görüntüleri arasındaki dengesizliğin bir ipucu ilk önce rapor by Oliver Philcox, New York'taki Columbia Üniversitesi'nde bir astrofizikçi, yayınlanan bir makalede Fiziksel İnceleme D eylülde. Eşzamanlı olarak yürütülen ve şu anda akran değerlendirmesinden geçen bağımsız bir analizde, Jiamin Hou ve Zachary Slepian Florida Üniversitesi ve Robert Cahn Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı algılandı asimetri, fizikçilerin genellikle kesin olarak kabul ettiği bir istatistiksel kesinlik düzeyiyle.
Ancak böylesine gişe rekorları kıran ve halen incelenmekte olan bir bulguyla uzmanlar dikkatli olunması gerektiğini söylüyor.
"Hata yapmaları için bariz bir sebep yok" dedi Shaun Hotchkiss, Auckland Üniversitesi'nde bir kozmolog. "Bu, bir hata olmadığı anlamına gelmez."
Varsayılan dengesizlik, sol ve sağın denkliği olan "parite" adı verilen bir simetriyi ihlal ediyor. Fizikçiler, gözlem incelemeye dayanabiliyorsa, evrenimizde gelişen tüm yapının tohumlarını eken ilksel süreçteki bilinmeyen, pariteyi ihlal eden bir bileşeni yansıtması gerektiğini düşünüyor.
Kamionkowski, "Bu inanılmaz bir sonuç - gerçekten etkileyici," dedi. “İnanıyor muyum? Gerçekten kutlamak için bekleyeceğim.”
Solak Evren
Parite bir zamanlar fiziğin aziz bir simetrisiydi. Ama sonra, 1957'de Çinli Amerikalı fizikçi Chien-Shiung Wu'nun nükleer bozunma deneyleri ortaya Evrenimizin gerçekten de hafif bir teslimiyeti var: Nükleer bozunmaya neden olan zayıf nükleer kuvvete dahil olan atom altı parçacıklar, her zaman manyetik olarak hareket ettikleri yönün aksi istikametindedirler, böylece bir soldaki iplikler gibi spirallenirler. elle vida. Ayna görüntüsündeki parçacıklar - sağ elli vidalar gibi olanlar - zayıf kuvveti hissetmezler.
Wu'nun ifşası şok ediciydi. Fizikçi John Blatt, Wolfgang Pauli'ye yazdığı bir mektupta, "Sevgili dostumuz parity'nin ölümüyle hepimiz oldukça sarsıldık" diye yazmıştı.
Zayıf gücün solaklığı, galaktik ölçeklerde kozmosu etkileyemeyecek kadar ince etkilere sahiptir. Ancak Wu'nun keşfinden bu yana fizikçiler, evrenin aynadaki görüntüsünden farklı olduğu başka yollar aradılar.
Örneğin, evren emekleme dönemindeyken bazı ilkel eşitlik ihlalleri yürürlükteyse, bu, kozmosun yapısına bir bükülme damgası vurmuş olabilir.
Evrenin doğumu sırasında veya buna yakın bir zamanda, şişirme olarak bilinen bir alanın uzaya nüfuz ettiği düşünülüyor. Şişirme parçacıklarının sürekli olarak köpürdüğü ve kaybolduğu, çalkalanan, kaynayan bir ortam olan şişirme alanı da iticiydi; var olmuş olabileceği kısa süre için, evrenimizin orijinal boyutunun 100 trilyon trilyon katına hızla genişlemesine neden olabilirdi. Şişirme alanındaki parçacıkların tüm bu kuantum dalgalanmaları, maddenin yoğunluğunda varyasyonlar haline gelecek şekilde dışarı doğru savruldu ve kozmosa dondu. Daha yoğun cepler, bugün gördüğümüz galaksileri ve büyük ölçekli yapıları oluşturmak için yerçekimsel olarak birleşmeye devam etti.
1999'da Kamionkowski dahil araştırmacılar kabul Bu patlamadan önce birden fazla alan mevcut olsaydı ne olurdu? Şişirme alanı, sağlak ve solak parçacıklar üretebilen başka bir alanla etkileşebilirdi. Şişirme, sağ elli parçacıkları sol elli parçacıklardan farklı şekilde ele aldıysa, o zaman tercihli olarak bir elli parçacıklar yaratmış olabilir. Bu sözde Chern-Simons eşleşmesi, erken kuantum dalgalanmalarını, galaksilerin solak ve sağlak tetrahedral düzenlemelerinde bir dengesizliğe dönüşecek olan tercih edilen bir el tercihiyle aşılamış olacaktı.
Ek alanın ne olabileceğine gelince, bir olasılık yerçekimi alanıdır. Bu senaryoda, şişirme sırasında yerçekimi alanında ortaya çıkacak olan şişirme parçacıkları ve yerçekiminin kuantum birimleri olan gravitonlar arasında pariteyi ihlal eden bir Chern-Simons etkileşimi meydana gelir. Böyle bir etkileşim, erken evrenin yoğunluk değişimlerinde ve dolayısıyla günümüzün büyük ölçekli yapısında bir teslimiyet yaratmış olacaktı.
Giriş
2006 olarak, Stephon İskender, şu anda Brown Üniversitesi'nde bir fizikçi, önerilen Chern-Simons yerçekimi aynı zamanda potansiyel olarak kozmolojideki en büyük gizemlerden birini çözebilir: evrenimizin neden antimaddeden daha fazla madde içerdiği. Chern-Simons etkileşiminin, solak gravitonların göreceli bolluğunu sağlayabileceğini ve bunun da sağ elli antimadde yerine tercihen solak madde yaratacağını tahmin etti.
İskender'in fikri yıllarca nispeten belirsiz kaldı. Yeni bulguları duyduğunda, "bu büyük bir sürprizdi" dedi.
Gökyüzündeki Tetrahedra
Cahn, erken evrende madde-antimadde asimetri bulmacasını eşitlik ihlali ile çözme olasılığının "spekülatif ama aynı zamanda kışkırtıcı" olduğunu düşünüyordu. 2019'da Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması'ndaki bir gökada kataloğunda parite ihlali aramaya karar verdi. Bir şey bulmayı beklemiyordu ama kontrol etmeye değeceğini düşündü.
Galaksi dağılımının pariteye uyup uymadığını test etmek için o ve çalışma arkadaşları, dört galaksinin dörtyüzlü düzenlemelerini incelemeleri gerektiğini biliyorlardı. Bunun nedeni, tetrahedronun en basit üç boyutlu şekil olmasıdır ve yalnızca 3B nesnelerin eşitliği bozma şansı vardır. Bunu anlamak için ellerinizi düşünün. İbreler 3 boyutlu olduğu için, soldakini doğru gibi gösterecek şekilde döndürmenin bir yolu yoktur. Sol elinizi çevirin, böylece her iki elinizin baş parmakları solda olacak ve elleriniz hala farklı görünecek - avuç içleri zıt yönlere bakacaktır. Buna karşılık, sol elinizi bir kağıt üzerinde izlerseniz ve 2B görüntüyü keserseniz, kesiği ters çevirmek sağ el gibi görünmesini sağlar. Kesik ve ayna görüntüsü ayırt edilemez.
2020'de Slepian ve Cahn, gökyüzündeki solak ve sağlak gökadaların sayısını karşılaştırmak için dört yüzlü bir gökada düzenlemesinin "elliliğini" tanımlamanın bir yolunu buldu. Önce bir galaksi aldılar ve diğer üç galaksinin uzaklıklarına baktılar. Sağ yönlü bir vida gibi mesafeler saat yönünde artarsa, sağ yönlü tetrahedron adını verdiler. Mesafeler saat yönünün tersine artarsa, solaktı.
Evrenin bir bütün olarak tercih edilen bir teslime sahip olup olmadığını belirlemek için, 1 milyon galaksiden oluşan veri tabanlarından oluşturulan tüm dörtyüzlüler için analizi tekrarlamaları gerekiyordu. Yaklaşık 1 trilyon trilyon böyle tetrahedra var - her seferinde birini ele almak için zorlu bir liste. Ancak bir faktoring hilesi geliştirildi. önceki iş Farklı bir problem, araştırmacıların dörtyüzlülerin paritesine daha bütüncül bir şekilde bakmalarını sağladı: Her seferinde bir dörtyüzlüyü bir araya getirip paritesini belirlemek yerine, sırayla her galaksiyi alıp diğer tüm galaksileri o galaksiden uzaklıklarına göre gruplandırabildiler. bir soğanın katmanları gibi katmanlar oluşturmak. Her katmandaki gökadaların göreli konumlarını, küresel harmonikler adı verilen açıların matematiksel işlevleri cinsinden ifade ederek, kolektif tetrahedra oluşturmak için üç katmandan oluşan kümeleri sistematik olarak birleştirebildiler.
Araştırmacılar daha sonra sonuçları, pariteyi koruyan fizik yasalarına dayanan beklentileriyle karşılaştırdı. Hou, küçük, pariteyi koruyan yoğunluk değişimlerinden başlayarak evrenin evrimini simüle ederek oluşturulmuş sahte gökada kataloglarını analiz ederek bu adımı yönetti. Hou ve meslektaşları, bu sahte kataloglardan, ayna simetrik bir dünyada bile sol ve sağ elli tetrahedra çetelesinin nasıl rastgele değiştiğini belirleyebildiler.
Ekip, gerçek verilerde "yedi sigma" seviyesinde bir parite ihlali buldu; bu, sol ve sağ elli tetrahedralar arasındaki dengesizliğin, rastgele şans ve diğer akla gelebilecek hata kaynaklarından beklenebileceğinden yedi kat daha büyük olduğu anlamına geliyor.
Kamionkowski bunu "bunu yapabilmeleri inanılmaz" olarak nitelendirdi ve "teknik olarak kesinlikle şaşırtıcı. Bu gerçekten, gerçekten, gerçekten karmaşık bir analiz.”
Philcox benzer yöntemler kullandı (ve Hou, Slepian ve Cahn ile böyle bir analiz öneren daha önceki bazı makalelerin ortak yazarıydı), ancak bazı farklı seçimler yaptı - örneğin, galaksileri Hou ve meslektaşlarından daha az katman halinde gruplamak ve sorunlu bazılarını atlamak. analizden tetrahedra - ve bu nedenle daha mütevazı bir 2.9-sigma parite ihlali buldu. Araştırmacılar şimdi analizleri arasındaki farkları inceliyorlar. Verileri anlamaya yönelik kapsamlı çabalardan sonra bile, tüm taraflar ihtiyatlı olmaya devam ediyor.
Doğrulayıcı Kanıt
Şaşırtıcı bulgu, evren hakkında uzun süredir devam eden soruları potansiyel olarak yanıtlayabilecek yeni fiziğe işaret ediyor. Ancak iş daha yeni başladı.
Öncelikle fizikçilerin gözlemi doğrulaması (veya yanlışlaması) gerekir. Analizin tekrarlanacağı yeni, iddialı galaksi araştırmaları halihazırda yapım aşamasındadır. Örneğin, devam etmekte olan Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrüman araştırması şimdiye kadar 14 milyon galaksi kaydetti ve tamamlandığında 30 milyondan fazlasını içerecek. Cahn, "Bu bize, buna çok daha ayrıntılı ve çok daha iyi istatistiklerle bakma fırsatı verecek," dedi.
Giriş
Üstelik, pariteyi ihlal eden sinyal gerçekse, galaksilerin dağılımı dışındaki verilerde de görünebilir. Örneğin, gökyüzündeki en eski ışık -evrenin ilk zamanlarından kalma kozmik mikrodalga arka plan olarak bilinen bir radyasyon banyosu- kozmostaki uzamsal varyasyonların en erken anlık görüntüsünü sağlar. Bu ışığın benekli modeli, daha sonra oluşan galaksilerle aynı pariteyi ihlal eden korelasyonları içermelidir. Fizikçiler, ışıkta böyle bir sinyal bulmanın mümkün olması gerektiğini söylüyor.
Bakılacak başka bir yer, stokastik yerçekimi dalgası arka planı olarak adlandırılan, şişme sırasında üretilmiş olabilecek yerçekimi dalgalarının modeli olacaktır. Uzay-zaman dokusundaki bu tirbuşon benzeri dalgacıklar sağlak veya solak olabilir ve pariteyi koruyan bir dünyada, her birinden eşit miktarda içerirler. Dolayısıyla, fizikçiler bu arka planı ölçmeyi başarır ve tek elin tercih edildiğini bulursa, bu erken evrendeki pariteyi ihlal eden fiziğin kesin, bağımsız bir kontrolü olacaktır.
Doğrulayıcı kanıt arayışı başladığında, teorisyenler sinyali üretmiş olabilecek enflasyon modellerini inceleyecekler. İle birlikte Giovanni KabassPrinceton, New Jersey'deki Institute for Advanced Study'de teorik bir fizikçi olan Philcox, yakın zamanda ölçümünü şu amaçlarla kullandı: pariteyi ihlal eden bir dizi modeli test edin Chern-Simons tipi olanlar da dahil olmak üzere enflasyonun. (Hangi modelin doğru olduğunu henüz kesin olarak söyleyemezler.)
Alexander ayrıca çabalarını Chern-Simon'ın yerçekimini anlamaya odakladı. Kamionkowski dahil ortak çalışanlarla ve Cyril Creque-Sarbinowski Flatiron Enstitüsü'nün Hesaplamalı Astrofizik Merkezi'nden Alexander, erken evrendeki Chern-Simons yerçekiminin günümüz galaksilerinin dağılımını nasıl etkileyeceğine dair ince ayrıntılar üzerinde çalışmaya başladı.
"Bir süre bu şeyleri iten yalnız asker gibiydim," dedi. "İnsanların ilgi gösterdiğini görmek güzel."
Editörün Notu: Flatiron Enstitüsü, editoryal olarak bağımsız bu dergiyi de destekleyen Simons Vakfı tarafından finanse edilmektedir. Ek olarak, Oliver Philcox, Simons Vakfı'ndan fon almaktadır.
