दूर की आकाशगंगाओं में हीलियम को मापने से भौतिकविदों को यह जानकारी मिल सकती है कि ब्रह्मांड का अस्तित्व क्यों है

दूर की आकाशगंगाओं में हीलियम को मापने से भौतिकविदों को यह जानकारी मिल सकती है कि ब्रह्मांड का अस्तित्व क्यों है

समय टिकट: 27 जुलाई, 2023 सुबह 10:00 बजे
स्रोत नोड: 2790391

जब मेरे जैसे सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी कहते हैं कि हम अध्ययन कर रहे हैं कि ब्रह्मांड का अस्तित्व क्यों है, तो हम दार्शनिकों की तरह लगते हैं। लेकिन शोधकर्ताओं ने जापान का उपयोग करके नया डेटा एकत्र किया सुबारू टेलीस्कोप उसी प्रश्न में अंतर्दृष्टि प्रकट की है।

बिग बैंग ब्रह्माण्ड को किक-स्टार्ट किया जैसा कि हम इसे 13.8 अरब वर्ष पहले से जानते हैं। कई सिद्धांत कण भौतिकी में सुझाव दिया गया है कि ब्रह्मांड की अवधारणा के समय निर्मित सभी पदार्थों के लिए, उसके साथ-साथ समान मात्रा में एंटीमैटर भी बनाया जाना चाहिए था। पदार्थ की तरह एंटीमैटर में भी द्रव्यमान होता है और यह जगह घेरता है। हालाँकि, एंटीमैटर कण अपने संबंधित पदार्थ कणों के विपरीत गुण प्रदर्शित करते हैं।

जब पदार्थ के टुकड़े और एंटीमैटर टकराते हैं, तो वे एक शक्तिशाली विस्फोट में एक दूसरे को नष्ट कर दें, पीछे केवल ऊर्जा छोड़ रहा है। पदार्थ और एंटीमैटर के समान संतुलन के निर्माण की भविष्यवाणी करने वाले सिद्धांतों के बारे में हैरान करने वाली बात यह है कि यदि वे सच होते, तो दोनों एक-दूसरे को पूरी तरह से नष्ट कर देते, जिससे ब्रह्मांड खाली हो जाता। तो ब्रह्मांड के जन्म के समय एंटीमैटर से अधिक पदार्थ रहा होगा, क्योंकि ब्रह्मांड खाली नहीं है; यह उन चीज़ों से भरा है जो पदार्थ से बनी हैं, जैसे आकाशगंगाएँ, तारे और ग्रह। थोड़ा सा एंटीमैटर हमारे आसपास मौजूद है, लेकिन यह बहुत दुर्लभ है.

एक के रूप में भौतिक विज्ञानी सुबारू डेटा पर काम कर रहे हैं, मुझे इस तथाकथित में दिलचस्पी है पदार्थ-एंटीमैटर असममिति समस्या। हमारे में हाल के एक अध्ययन, मेरे सहयोगियों और मैंने पाया कि सुदूर आकाशगंगाओं में हीलियम की मात्रा और प्रकार की दूरबीन की नई माप इस लंबे समय से चले आ रहे रहस्य का समाधान प्रदान कर सकती है।

बिग बैंग के बाद

बिग बैंग के बाद पहले मिलीसेकंड में, ब्रह्मांड गर्म, घना और प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन जैसे प्राथमिक कणों से भरा हुआ था। प्लाज़्मा में चारों ओर तैरना. इस पूल में कण भी मौजूद थे न्युट्रीनो, जो बहुत छोटे, कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले कण हैं, और एंटीन्यूट्रिनो, उनके एंटीमैटर समकक्ष हैं।

भौतिकविदों का मानना ​​है कि बिग बैंग के ठीक एक सेकंड बाद, प्रकाश का नाभिक हाइड्रोजन जैसे तत्व और हीलियम बनना शुरू हो गया। इस प्रक्रिया को कहा जाता है बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस. गठित नाभिक लगभग थे 75 प्रतिशत हाइड्रोजन नाभिक और 24 प्रतिशत हीलियम नाभिक, साथ ही थोड़ी मात्रा में भारी नाभिक।

भौतिकी समुदाय का सबसे व्यापक रूप से स्वीकृत सिद्धांत इन नाभिकों के निर्माण पर हमें पता चलता है कि न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो ने विशेष रूप से हीलियम नाभिक के निर्माण में मौलिक भूमिका निभाई है।

प्रारंभिक ब्रह्मांड में हीलियम का निर्माण दो चरणों वाली प्रक्रिया में हुआ। सबसे पहले, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन एक से दूसरे में परिवर्तित हो गए प्रक्रियाओं की श्रृंखला इसमें न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो शामिल हैं। जैसे ही ब्रह्मांड ठंडा हुआ, ये प्रक्रियाएँ रुक गईं और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का अनुपात निर्धारित किया गया था.

सैद्धांतिक भौतिकविदों के रूप में, हम यह परीक्षण करने के लिए मॉडल बना सकते हैं कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का अनुपात प्रारंभिक ब्रह्मांड में न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो की सापेक्ष संख्या पर कैसे निर्भर करता है। अगर अधिक न्यूट्रिनो मौजूद थे, तो हमारे मॉडल अधिक प्रोटॉन दिखाते हैं और परिणामस्वरूप कम न्यूट्रॉन मौजूद होंगे।

जैसे ही ब्रह्मांड ठंडा हुआ, हाइड्रोजन, हीलियम और अन्य तत्व इन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बनता है. हीलियम दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से बना है, और हाइड्रोजन केवल एक प्रोटॉन है और कोई न्यूट्रॉन नहीं है। इसलिए प्रारंभिक ब्रह्मांड में जितने कम न्यूट्रॉन उपलब्ध होंगे, हीलियम का उत्पादन उतना ही कम होगा।

क्योंकि बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस के दौरान नाभिक का निर्माण हुआ आज भी देखा जा सकता है, वैज्ञानिक अनुमान लगा सकते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड के दौरान कितने न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो मौजूद थे। वे विशेष रूप से उन आकाशगंगाओं को देखकर ऐसा करते हैं जो हाइड्रोजन और हीलियम जैसे हल्के तत्वों से समृद्ध हैं।

एक आरेख जिसमें दिखाया गया है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कैसे हीलियम परमाणु बनाते हैं।
उच्च-ऊर्जा कण टकराव की एक श्रृंखला में, प्रारंभिक ब्रह्मांड में हीलियम जैसे तत्व बनते हैं। यहां, डी का मतलब ड्यूटेरियम है, जो एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन के साथ हाइड्रोजन का एक आइसोटोप है, और γ फोटॉन या प्रकाश कणों के लिए है। दिखाई गई श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की श्रृंखला में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मिलकर ड्यूटेरियम बनाते हैं, फिर ये ड्यूटेरियम नाभिक मिलकर हीलियम नाभिक बनाते हैं। छवि क्रेडिट: ऐनी-कैथरीन बर्न्स

हीलियम में एक सुराग

पिछले साल, सुबारू सहयोग - सुबारू टेलीस्कोप पर काम कर रहे जापानी वैज्ञानिकों के एक समूह ने डेटा जारी किया था 10 आकाशगंगा हमारे अपने से बहुत बाहर जो लगभग विशेष रूप से हाइड्रोजन और हीलियम से बने हैं।

ऐसी तकनीक का उपयोग करना जो शोधकर्ताओं को विभिन्न तत्वों को एक दूसरे से अलग करने की अनुमति देता है प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के आधार पर दूरबीन से देखने पर, सुबारू वैज्ञानिकों ने यह निर्धारित किया कि इन 10 आकाशगंगाओं में से प्रत्येक में कितनी हीलियम मौजूद है। महत्वपूर्ण बात यह है कि उन्हें पहले से स्वीकृत सिद्धांत की भविष्यवाणी की तुलना में कम हीलियम मिला।

इस नए परिणाम के साथ, मैंने और मेरे सहयोगियों ने इसे खोजने के लिए पीछे की ओर काम किया न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो की संख्या डेटा में पाई गई हीलियम प्रचुरता का उत्पादन करने के लिए आवश्यक है। अपनी नौवीं कक्षा की गणित कक्षा के बारे में सोचें जब आपसे एक समीकरण में "X" को हल करने के लिए कहा गया था। मेरी टीम ने जो किया वह अनिवार्य रूप से उसका अधिक परिष्कृत संस्करण था, जहां हमारा "एक्स" न्यूट्रिनो या एंटीन्यूट्रिनो की संख्या थी।

पहले से स्वीकृत सिद्धांत में भविष्यवाणी की गई थी कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो की संख्या समान होनी चाहिए। हालाँकि, जब हमने इस सिद्धांत को संशोधित करके एक भविष्यवाणी दी जो नए डेटा सेट से मेल खाती थी, हमने पाया कि न्यूट्रिनो की संख्या एंटीन्यूट्रिनो की संख्या से अधिक थी।

क्या यह सब क्या मतलब है?

नए हीलियम-समृद्ध आकाशगंगा डेटा के इस विश्लेषण के दूरगामी परिणाम हैं - इसका उपयोग पदार्थ और एंटीमैटर के बीच की विषमता को समझाने के लिए किया जा सकता है। सुबारू डेटा हमें सीधे उस असंतुलन के स्रोत की ओर इशारा करता है: न्यूट्रिनो। इस अध्ययन में, मेरे सहयोगियों और मैंने साबित किया कि हीलियम का यह नया माप प्रारंभिक ब्रह्मांड में एंटीन्यूट्रिनो की तुलना में अधिक न्यूट्रिनो होने के अनुरूप है। के माध्यम से ज्ञात और संभावित कण भौतिकी प्रक्रियाएँ, न्यूट्रिनो में विषमता सभी पदार्थों में विषमता में फैल सकती है।

हमारे अध्ययन का परिणाम सैद्धांतिक भौतिकी जगत में एक सामान्य प्रकार का परिणाम है। मूल रूप से, हमने एक व्यवहार्य तरीका खोजा है जिसमें पदार्थ-एंटीमैटर विषमता का उत्पादन किया जा सकता था, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि यह निश्चित रूप से उस तरीके से उत्पादित किया गया था। तथ्य यह है कि डेटा हमारे सिद्धांत के साथ फिट बैठता है, यह एक संकेत है कि हमने जो सिद्धांत प्रस्तावित किया है वह सही हो सकता है, लेकिन अकेले इस तथ्य का मतलब यह नहीं है कि यह सही है।

तो, क्या ये छोटे छोटे न्यूट्रिनो सदियों पुराने प्रश्न का उत्तर देने की कुंजी हैं, "कुछ भी अस्तित्व में क्यों है?" इस नए शोध के अनुसार, वे बस हो सकते हैं।वार्तालाप

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

छवि क्रेडिट: नासा

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