Phá vỡ đối xứng trong 'tứ diện thiên hà' liên quan đến vi phạm tính chẵn lẻ – Physics World

Phá vỡ đối xứng trong 'tứ diện thiên hà' liên quan đến vi phạm tính chẵn lẻ – Physics World

Dấu thời gian: ngày 13 tháng 2023 năm 9 58:XNUMX sáng

thiên hà JWST
Vi phạm tính chẵn lẻ: hình ảnh các thiên hà được chụp bởi Kính viễn vọng Không gian James Webb. Các nhà thiên văn học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy sự vi phạm tính chẵn lẻ trong vũ trụ sơ khai ảnh hưởng đến sự phân bố của các thiên hà ngày nay. (Được phép: NASA/ESA/CSA/JWST)

Các nhà thiên văn học ở Mỹ đã phát hiện ra sự bất đối xứng bất ngờ trong vị trí tương đối của các thiên hà có kích thước hàng trăm triệu ánh sáng–cách nhau nhiều năm. Hiện tượng này có thể được giải thích bằng sự phá vỡ tính đối xứng của các định luật tự nhiên được cho là đã xảy ra ngay sau Vụ nổ lớn. Kết quả là, quan sát có thể giúp giải thích tại sao dường như có nhiều vật chất hơn phản vật chất trong vũ trụ quan sát được.

Khám phá được thực hiện bằng cách phân tích cơ sở dữ liệu của hơn một triệu thiên hà được quan sát bởi Khảo sát quang phổ dao động Baryon (ÔNG CHỦ). Nghiên cứu được thực hiện bởi Gia Mẫn Hầu và Zachary Slepian tại Đại học Florida, và Robert Cahn tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ở California, người đã tìm ra mô hình bất ngờ.

Quan sát này có liên quan đến tính đối xứng chẵn lẻ, áp dụng cho các tương tác điện từ và hấp dẫn tầm xa trong Mô hình Chuẩn của vật lý hạt. Tính chẵn lẻ yêu cầu một hệ thống vật lý sẽ hành xử giống như hình ảnh phản chiếu của nó. Ví dụ, bàn tay con người là hình ảnh phản chiếu của nhau nhưng các định luật vật lý áp dụng như nhau cho tay phải và tay trái.

vi phạm chẵn lẻ

Tuy nhiên, trong thế giới vi mô, tính đối xứng chẵn lẻ có thể bị vi phạm bởi tương tác yếu và có thể bởi tương tác mạnh – cả hai đều tác động ở những khoảng cách rất ngắn.

Bộ ba đã khám phá sự đối xứng chẵn lẻ trên quy mô rất lớn bằng cách vẽ các đường giữa các bộ tứ thiên hà được phân tách bằng khoảng cách từ 65 triệu đến 500 triệu ánh sáng–năm. Như họ đã chỉ ra trong một bài báo gần đây trong Physical Review Letters, các tứ diện được tạo bởi bài tập này sau đó có thể được phân tích để tìm bằng chứng về sự vi phạm tính chẵn lẻ.

Bây giờ, họ báo cáo kết quả của một nghiên cứu như vậy, mà Slepian mô tả là một "bất ngờ lớn".

Nhóm nghiên cứu đã xác định các tứ diện thiên hà thuận tay phải và tay trái dựa trên cách các thiên hà được kết nối với các đối tác gần nhất và xa nhất của chúng. Họ phát hiện ra rằng có nhiều thiên hà có kiểu thuận tay này hơn đáng kể so với kiểu thuận tay kia.

tứ diện thiên hà

Slepian giải thích: “Đối với bất kỳ sự phân bố thiên hà cụ thể nào, chúng tôi giả định rằng sự phân cụm là bất biến khi quay xung quanh bất kỳ thiên hà nào. “Vì vậy, nếu tôi đang ngồi trong một thiên hà, tôi sẽ thấy rằng mô hình quần tụ trung bình giống nhau ở bất cứ nơi nào tôi xoay đầu và nhìn. Tuy nhiên, thay vào đó, chúng ta thấy có quá nhiều khối tứ diện trên hình ảnh phản chiếu của chúng.”

Bất chấp sức mạnh của hiệu ứng, lý do cho sự thuận tay này vẫn còn là một bí ẩn. Trọng lực là lực duy nhất đã biết có thể tác động trên những khoảng cách rất lớn ngăn cách các thiên hà và nó không được vi phạm tính chẵn lẻ. Thay vào đó, Slepian nói rằng sự bất đối xứng, “chắc hẳn đã được ghi dấu ấn thậm chí sớm hơn trong lịch sử vũ trụ khi các lực lượng khác tham gia”.

Điều này đưa chúng ta trở lại thời kỳ lạm phát vũ trụ, xảy ra vào khoảng 10-33 s sau vụ nổ Big Bang. Tại thời điểm này, vũ trụ đã trải qua một giai đoạn giãn nở cực kỳ nhanh chóng trong một thời gian ngắn. Các nhà vật lý tin rằng những dao động lượng tử trong quá trình lạm phát đã mở rộng để trở thành cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ. Do đó, bất kỳ sự vi phạm tính chẵn lẻ nào xuất hiện trong quá trình lạm phát đều có thể in sâu vào cách thức phân bố của các thiên hà trong vũ trụ 13.7 tỷ năm sau.

 Nguồn gốc của sự vi phạm chẵn lẻ này vẫn chưa được biết. Slepian nói: “Đó có thể là một lực mới, hoặc một hạt mới, tác động ở cấp độ lượng tử vào thời điểm đó.

Thiếu phản vật chất

Quan sát tiềm năng về sự vi phạm tính chẵn lẻ trong cách phân bố của các thiên hà là một tin tức thú vị. Cũng như gợi ý về sự tồn tại của vật lý bên ngoài Mô hình Chuẩn, cũng có thể giúp giải quyết một bí ẩn sâu sắc nhất khác của vật lý: tại sao lại có nhiều vật chất hơn phản vật chất trong vũ trụ.

Mô hình Chuẩn dự đoán rằng lượng vật chất và phản vật chất phải được hình thành trong vụ nổ Big Bang là bằng nhau. Nếu điều đó xảy ra, vật chất và phản vật chất sẽ triệt tiêu lẫn nhau, không để lại vũ trụ. May mắn cho chúng ta là dường như vẫn còn dư thừa vật chất - một hiện tượng được gọi là sự hình thành bary.

Có thể cơ chế gây ra sự vi phạm tính chẵn lẻ dẫn đến quan sát thiên văn mới nhất này cũng có thể liên quan đến quá trình tạo bary.

Slepian nói: “Có một loạt các cơ chế có thể gây ra vi phạm tính chẵn lẻ, tất cả đều mang tính suy đoán. Ông trích dẫn các hạt giả thuyết gọi là axion, hoặc một trong những lực cơ bản hoạt động khác đi trong năng lượng cao của Vụ nổ lớn. “Mặc dù không đảm bảo rằng bất kỳ cơ chế nào đang tạo ra sự vi phạm tính chẵn lẻ này trong các thiên hà cũng có thể giải thích sự hình thành bary, nhưng tôi nghĩ chắc chắn có thể có một mối quan hệ.”

Trong khi sự tồn tại của sự bất đối xứng thiên hà này không còn nghi ngờ gì nữa, những phát hiện này cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho sự lạm phát và vật lý ngoài Mô hình Chuẩn. Tuy nhiên, một lỗi hệ thống trong dữ liệu có thể là nguyên nhân dẫn đến quan sát. Slepian nói: “Tôi sẽ cảm thấy tốt hơn rất nhiều khi cùng một tín hiệu được nhìn thấy trong một tập dữ liệu khác được lấy bởi một công cụ khác với phần mềm khác và những người khác.

Slepian, Hou và Cahn đều là thành viên của nhóm khoa học của Dụng cụ quang phổ năng lượng tối (DESI) tại Đài thiên văn quốc gia Kitt Peak. Nó sẽ quan sát hơn 35 triệu thiên hà và bộ ba dự định sử dụng DESI để thực hiện các quan sát sâu hơn nhằm xác nhận phát hiện của họ.

Kết quả được mô tả trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý