The Laws Of Physics Used To Be Different, Which May Explain Why You Exist

Ripubblicato da Platone

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06 giugno 2023 (Notizie Nanowerk) Le leggi della fisica dovevano essere diverse all'inizio dell'universo rispetto a adesso, secondo uno studio sconvolgente condotto dagli astronomi dell'Università della Florida, che fornisce indizi sul perché le stelle, i pianeti e la vita stessa riuscirono a formarsi nell'universo. universo. Dopo aver analizzato la distribuzione di un enorme milione e trilione di gruppi di galassie, gli scienziati hanno scoperto che le leggi fisiche un tempo preferivano un insieme di forme alle loro immagini speculari. È come se l’universo stesso privilegiasse i destrimani invece dei mancini, o viceversa. Le scoperte, rese possibili in parte dal supercomputer HiPerGator della UF, riescono a spiegare forse la domanda più grande della cosmologia: perché esiste qualcosa? Questo perché è necessaria una sorta di manualità nei primi istanti della creazione per spiegare perché l’universo è fatto di materia, la sostanza che costituisce tutto ciò che vediamo. I risultati aiutano anche a confermare un principio centrale della teoria del Big Bang sull’origine dell’universo. “Sono sempre stato interessato alle grandi domande sull’universo. Qual è l'inizio dell'universo? Quali sono le regole secondo le quali si evolve? Perché c’è qualcosa invece del nulla?” ha detto Zachary Slepian, un professore di astronomia dell'UF che ha supervisionato il nuovo studio. “Questo lavoro affronta quelle grandi domande.” Slepian ha lavorato con il ricercatore post-dottorato dell’UF e primo autore dello studio, Jiamin Hou, e il fisico del Lawrence Berkeley National Laboratory, Robert Cahn, per condurre l’analisi. Il trio ha pubblicato i risultati sulla rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society ("Misurazione delle modalità di parità dispari nella funzione di correlazione a 4 punti su larga scala della Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, dodicesimo rilascio di dati sulle galassie CMASS e LOWZ").

Immagine riflessa

Il loro studio è stato progettato per cercare la violazione di un concetto noto come “simmetria di parità” in fisica, che si riferisce a riflessi di immagini speculari simili alla mano sinistra o destra. Si può dire che molte cose in fisica abbiano una manualità, come la rotazione di un elettrone. Tuttavia, alle leggi della fisica odierna di solito non interessa se questa rotazione è destrorsa o sinistrorsa. L’applicazione uguale o simmetrica delle leggi della fisica indipendentemente dalla manualità viene definita simmetria di parità. L’unico problema è che la simmetria di parità deve essere stata rotta ad un certo punto. Per spiegare come l’universo abbia creato più materia che antimateria è necessaria qualche antica violazione della parità – una sorta di preferenza per le cose destrimano o mancini in un lontano passato. Se durante il Big Bang fosse mantenuta la simmetria di parità, porzioni uguali di materia e antimateria si sarebbero combinate, annientate a vicenda e lasciato l’universo completamente vuoto. Pertanto, in un recente articolo pubblicato su Physical Review Letters, Slepian, Hou e Cahn hanno proposto un modo creativo per cercare prove che la parità sia stata effettivamente violata durante il Big Bang. La loro idea era immaginare ogni possibile combinazione di quattro galassie nel cielo notturno. Collega insieme queste quattro galassie tramite linee immaginarie e avrai una piramide sbilenca, un tetraedro. Questa è la forma 3D più semplice possibile – e quindi la forma più semplice che ha un’immagine speculare, il test chiave per la simmetria di parità. Il loro metodo richiedeva l’analisi di un trilione di possibili tetraedri per ciascuna di un milione di galassie, un numero incredibile di combinazioni. "Alla fine ci siamo resi conto che avevamo bisogno di nuova matematica", ha detto Slepian. Così il team di Slepian sviluppò sofisticate formule matematiche che consentivano di eseguire calcoli immensi in un periodo ragionevole. Richiedeva ancora una notevole quantità di potenza di calcolo. "La tecnologia unica di UF che abbiamo qui con il supercomputer HiPerGator e le sue GPU avanzate ci ha permesso di eseguire l'analisi migliaia di volte con impostazioni diverse per testare il nostro risultato", ha affermato. Il gruppo di Slepian ha scoperto che, in effetti, l’universo ha impresso una preferenza iniziale per le cose destrorse o mancine sul materiale che alla fine è diventato le galassie odierne. (La complessità dei calcoli rende però difficile dire se quella preferenza fosse per i destrimani o i mancini.) Hanno stabilito la loro scoperta con un grado di certezza noto come sette sigma, una misura di quanto sia improbabile ottenere il risultato basandosi solo sul caso. In fisica, un risultato con un significato di cinque sigma o superiore è generalmente considerato affidabile perché le probabilità di un risultato casuale a questo livello sono incredibilmente piccole. Un'analisi simile, condotta da un ex membro del laboratorio Slepian utilizzando il metodo proposto da Slepian, Cahn e Hou, ha identificato la stessa preferenza universale per la mano, anche se con una confidenza statistica leggermente inferiore a causa delle differenze nel disegno dello studio. Resta possibile che l’incertezza nelle misurazioni sottostanti possa spiegare l’asimmetria. Per fortuna, campioni di galassie molto più grandi provenienti dai telescopi di prossima generazione potrebbero fornire dati sufficienti per cancellare queste incertezze in pochi anni. Il gruppo di Slepian all’UF eseguirà le proprie analisi su questi nuovi e più affidabili dati come parte del team del telescopio Dark Energy Spectroscopic Instrument. Questa non è la prima volta che viene individuata una violazione della parità, ma è la prima prova di una violazione della parità che potrebbe influenzare il raggruppamento tridimensionale delle galassie nell’universo. Anche una delle forze fondamentali, la forza debole, viola la parità. Ma la sua portata è estremamente limitata e non può influenzare la scala delle galassie né spiegare l’abbondanza di materia nell’universo. Tale influenza universale richiederebbe che si verificasse una violazione della parità proprio nel momento del Big Bang, un periodo noto come inflazione. “Poiché la violazione della parità può essere impressa nell’universo solo durante l’inflazione, se ciò che abbiamo scoperto è vero, fornisce la prova schiacciante dell’inflazione”, ha detto Slepian. I risultati del laboratorio di Slepian non possono ancora spiegare come siano cambiate le leggi della fisica, il che richiederà nuove teorie che vadano oltre il Modello Standard, una teoria che spiega il nostro universo attuale.