A korai univerzum dinamikáját leíró régi teória nyerhet újabb bizonyítást

2022 / 04 / 13 / Bobák Zsófia
A korai univerzum dinamikáját leíró régi teória nyerhet újabb bizonyítást
A Kibble-Zurek mechanizmus eredetileg a korai univerzum defektjeinek, például a kozmikus húroknak a kialakulását modellezte, de a benne leírt fázisátmeneteket laboratóriumi kísérletekben is gyakran megfigyelték már.

Tom Kibble brit elméleti fizikus írta le először a később róla, és munkatársáról, Wojciech H. Zurek lengyel fizikusról elnevezett Kibble-Zurek mechanizmust, amely a nem-egyensúlyi állapotú rendszerek fázis átmeneteinek dinamikáját és bennük a topológiai hibák kialakulását vázolja.

Kibble eredetileg az ősrobbanás utáni pillanatok történéseit próbálta magyarázni az elmélettel,

azt az időszakot, amikor az univerzum hirtelen tágulása, majd lehűlése során megjelentek azok a szimmetriát megtörő struktúrák, amelyek az anyag fázisátmeneteinek következtében alakultak ki, ilyenek például a doméneket (tartományokat) elválasztó felületek, a hipotetikus mágneses monopólusok vagy a kozmikus húrok.

Ezek mindegyike magyarázatot adhat olyan, mára már elfogadott elméletek bizonyos részleteire, mint például a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás eredete, amellyel kapcsolatos mérések eredményeit egyes tanulmányok szerint a húrok létezése indokolná leginkább. A húrok azok a "szakadások" a téridő szövetén, amelyek akkor keletkezhettek, mikor a kezdeti magas hőmérsékletű, nagyenergiájú plazma elkezdett hűlni, de bizonyos régiókban, a magasabb hőmérsékletű és alacsonyabb hőmérsékletű területek találkozásánál a fázisátmenet tökéletlensége miatt az összefüggés megszakadt. Egy 2019-ben megjelent tanulmány szerint a húrok valódiságának bizonyítása fontos lépés lehetne az univerzum működéséről szóló modellek alátámasztásához vagy cáfolatához, de nem valószínű, hogy valaha is sikerül detektálni a jelenlétüket, mivel a rendkívül alacsony energiaszintjüket még a legfejlettebb neurális hálók segítségével sem lehetne kiszűrni az adatok tömegéből.

A topológiai hibák a körülöttünk lévő világban jól látszanak, például a víz fagyása közbeni fázisátmenet során repedések keletkeznek a jégben, amit a jégkristályok sokszor nem teljesen rendezett atomjainak orientációja határoz meg, de a korai univerzum hibái, mint a húrok és monopólusok is, nem bizonyíthatóak minden kétséget kizáróan, mivel a megfigyelésük eddig nem járt biztos eredménnyel. A defektek látszólagos hiányát a táguló univerzum elmélete magyarázza, ami szerint az univerzum, születése után nem sokkal hűlni és tágulni kezdett, ezalatt a szimmetriatörések nyomai, a topológiai hibák, az infláció nagy sebessége következtében annyira messzire kerültek, "felhígultak", hogy már nem érzékelhetőek az eseményhorizonton.

A Kibble-Zurek mechanizmust azonban nem csak a korai univerzum jellegzeteségeinek magyarázatára, hanem a laboratóriumban is előállítható fázisátmenetek során megfigyelt jelenségek leírására is lehet használni, így a kondenzált anyagok fizikájával kapcsolatos kutatásokban is gyakran előkerül. Wojciech Zurek volt az első, aki rámutatott, hogy a Kibell által leírt mechanizmus működik a hélium fázisátalakulása közben is, és azóta sokszor bebizonyosodott, hogy szimmetriatörés történhet bizonyos rendszerek esetében, mikor hűlés közben alacsonyabb rendű szimmetriával rendelkező állapotba kerülnek.

Néhány atomi gáz, mint a hélium is, elég alacsony hőmérsékleten szuperfolyékonnyá válik, vagyis egyfajta súrlódásmentes, zéró viszkozitású állapotba kerül és kialkulhatnak benne olyan örvények, amelyek folyamatosan mozgásban tartják az őket alkotó atomokat, noha nem hat rájuk külső erő.

Ezeket az örvényeket figyelték meg a Dartmouth College fizikusai is kísérletükben,

amelyben lítium-6 atomokat használtak fel. A néhány nano Kelvin-fokos hőmérsékletűre hűtött anyag atomjait lézersugárral kezelték, majd mágnes mező segítségével gyengítették az atomok interakcióját. A megfigyelések szerint a kialakult örvény annak ellenére stabil maradt, hogy a mágnessel befolyásolt atomok gyengébben kapcsolódtak egymáshoz. Igaz, hogy ez az állapot csak 10 másodpercig állt fenn, de így is bizonyította, hogy ezek a topológiai hibák robosztusak, mint ahogy azt a Kibble-Zurek mechanizmus is leírja.

A kutatók most először figyelték meg fermion részecskékből álló szuperfolyékony anyagban ezt a jelenséget, bár korábban bozonokat tartalmazó Bose-Einstein kondenzációban már több alkalommal is kimutatták. Az APS Physics beszámolója szerint a fermionok interakciójának manipulálása fontos új állomást jelenthet a jövőbeli kísérletek szempontjából, amelyek során a Kibble-Zurek mechanizmust is tanulmányozhatják, és további lépéseket tehetnek akár az anyagok speciális állapotainak, akár az univerzum kialakulásának megértése felé. Tom Kibble-nek 2007-ben a Physics Todayben megjelent írása szerint a kondenzált anyagok defektjei, vagyis az örvények és fluxuscsövek modellként szolgálhatnak a kozmikus húrok magyarázatához is.

(Fotó: Pixabay/kahll/geralt, Pxhere)

Egy friss kutatás újraírhatja a fizika eddig ismert szabályait A illinois-i Fermilab kutatóinak minden eddiginél pontosabban sikerült megbecsülniük a gyenge kölcsönhatásban alapvető fontosságú W-bozon tömegét, amiről kiderült, hogy nehezebb, mint a korábbi kísérletek alapján gondolták. Ha a mérések pontosságát sikerül igazolni, az alapvetően írhatja újra a részecskefizikában régóta alapvetőnek tekintett standard modellt.


Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.