Las leyes de la física solían ser diferentes, lo que puede explicar por qué existes.

Las leyes de la física solían ser diferentes, lo que puede explicar por qué existes.

Sello de tiempo: 6 de junio de 2023 12:59 p.m.
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06 de junio de 2023 (Noticias de Nanowerk) Las leyes de la física deben haber sido diferentes al comienzo del universo de lo que son ahora, según un estudio alucinante realizado por astrónomos de la Universidad de Florida, que proporciona pistas sobre por qué las estrellas, los planetas y la vida misma lograron formarse en el universo. Después de analizar la distribución de la friolera de un millón de billones de grupos de galaxias, los científicos descubrieron que las leyes físicas alguna vez prefirieron un conjunto de formas sobre sus imágenes especulares. Es como si el universo mismo prefería las cosas para diestros en lugar de las para zurdos, o viceversa. Los hallazgos, posibles en parte gracias a la supercomputadora HiPerGator de UF, ayudan a explicar quizás la pregunta más importante en cosmología: ¿Por qué existe algo? Eso se debe a que es necesario algún tipo de lateralidad en los primeros momentos de la creación para explicar por qué el universo está hecho de materia, lo que hace todo lo que vemos. Los resultados también ayudan a confirmar un principio central de la teoría del Big Bang sobre el origen del universo. “Siempre me han interesado las grandes preguntas sobre el universo. ¿Cuál es el comienzo del universo? ¿Cuáles son las reglas bajo las cuales evoluciona? ¿Por qué hay algo en vez de nada?" dijo Zachary Slepian, profesor de astronomía de la UF que supervisó el nuevo estudio. “Este trabajo aborda esas grandes preguntas”. Slepian trabajó con el investigador postdoctoral de la UF y el primer autor del estudio, Jiamin Hou, y el físico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Robert Cahn, para realizar el análisis. El trío publicó sus hallazgos en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (“Medición de modos impares de paridad en la función de correlación de 4 puntos a gran escala de Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey duodécimo lanzamiento de datos de galaxias CMASS y LOWZ”).

Imagen de espejo

Su estudio fue diseñado para buscar la violación de un concepto conocido como "simetría de paridad" en la física, que se refiere a los reflejos de la imagen del espejo similar a la zurda o la derecha. Se puede decir que muchas cosas en la física tienen una lateralidad, como el espín de un electrón. Sin embargo, a las leyes de la física de hoy generalmente no les importa si este giro es hacia la izquierda o hacia la derecha. Esa aplicación igual o simétrica de las leyes de la física, independientemente de la lateralidad, se conoce como simetría de paridad. El único problema es que la simetría de paridad debe haberse roto en algún momento. Se requiere alguna antigua violación de la paridad, algún tipo de preferencia por cosas de mano derecha o izquierda en el pasado lejano, para explicar cómo el universo creó más materia que antimateria. Si la simetría de paridad se mantuviera durante el Big Bang, partes iguales de materia y antimateria se habrían combinado, aniquilado entre sí y dejado el universo completamente vacío. Entonces, en un artículo reciente publicado en Physical Review Letters, Slepian, Hou y Cahn propusieron una forma ingeniosa de buscar evidencia de que la paridad fue violada durante el Big Bang. Su idea era imaginar todas las combinaciones posibles de cuatro galaxias en el cielo nocturno. Conecta esas cuatro galaxias juntas por líneas imaginarias, y tienes una pirámide torcida, un tetraedro. Esta es la forma 3D más simple posible y, por lo tanto, la forma más simple que tiene una imagen especular, la prueba clave para la simetría de paridad. Su método requería analizar un billón de tetraedros posibles para cada millón de galaxias, una cantidad increíble de combinaciones. “Eventualmente nos dimos cuenta de que necesitábamos nuevas matemáticas”, dijo Slepian. Entonces, el equipo de Slepian desarrolló fórmulas matemáticas sofisticadas que permitieron realizar los inmensos cálculos en un período razonable. Todavía requería una cantidad considerable de poder computacional. “La tecnología única de UF que tenemos aquí con la supercomputadora HiPerGator y sus GPU avanzadas nos permitió ejecutar el análisis miles de veces con diferentes configuraciones para probar nuestro resultado”, dijo. El grupo de Slepian descubrió que, de hecho, el universo imprimió una preferencia temprana por cosas de mano izquierda o derecha en el material que eventualmente se convirtió en las galaxias de hoy. (Sin embargo, las matemáticas complejas hacen que sea difícil decir si esa preferencia era por diestros o zurdos). Establecieron su hallazgo con un grado de certeza conocido como siete sigma, una medida de cuán poco probable es lograr el resultado. basado únicamente en el azar. En física, un resultado con un significado de cinco sigma o superior se suele considerar fiable porque las probabilidades de un resultado fortuito en este nivel son muy pequeñas. Un análisis similar, realizado por un antiguo miembro del laboratorio de Slepian utilizando el método propuesto por Slepian, Cahn y Hou, identificó la misma preferencia de mano universal, aunque con una confianza estadística ligeramente menor debido a las diferencias en el diseño del estudio. Sigue siendo posible que la incertidumbre en las mediciones subyacentes pueda explicar la asimetría. Afortunadamente, muestras mucho más grandes de galaxias de los telescopios de próxima generación podrían proporcionar suficientes datos para borrar estas incertidumbres en solo unos pocos años. El grupo de Slepian en la UF realizará su análisis de estos datos nuevos y más sólidos como parte del equipo del telescopio Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura. Esta no es la primera vez que se detecta una violación de la paridad, pero es la primera evidencia de una violación de la paridad que podría afectar la agrupación tridimensional de galaxias en el universo. Una de las fuerzas fundamentales, la fuerza débil, también viola la paridad. Pero su alcance es extremadamente limitado y no puede influir en la escala de las galaxias ni explicar la abundancia de materia en el universo. Esa influencia universal requeriría que se produjera una violación de la paridad justo en el momento del Big Bang, un período conocido como inflación. “Dado que la violación de la paridad solo se puede imprimir en el universo durante la inflación, si lo que encontramos es cierto, proporciona una evidencia irrefutable de la inflación”, dijo Slepian. Los hallazgos del laboratorio de Slepian aún no pueden explicar cómo cambiaron las leyes de la física, lo que requerirá nuevas teorías que vayan más allá del Modelo Estándar, una teoría que explica nuestro universo actual.

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