06年2023月XNUMX日（
Nanowerkニュース) フロリダ大学の天文学者が行った気が遠くなるような研究によると、宇宙の始まりには物理法則が現在とは異なっていたに違いないとのこと。この研究は、なぜ星や惑星、そして生命そのものが宇宙で形成できたのかを解明する手がかりとなっている。宇宙。 科学者たちは、何百万、何兆もの銀河群の分布を分析した結果、かつては物理法則が鏡像よりも一組の形状を好んでいたことを発見しました。 あたかも宇宙自体がかつては左巻きではなく右巻きを好んでいたか、あるいはその逆だったかのようです。 この発見は、UF のスーパーコンピューター HiPerGator によって部分的に可能となり、おそらく宇宙論における最大の疑問である「なぜ何かが存在するのか?」の説明に少しずつ近づいています。 それは、なぜ宇宙が物質、つまり私たちが見るものすべてを作っている物質でできているのかを説明するには、創造の初期の瞬間におけるある種の利き手が必要だからです。 この結果は、宇宙の起源に関するビッグバン理論の中心的な教義を確認するのにも役立ちます。 「私は宇宙に関する大きな疑問に常に興味を持っていました。 宇宙の始まりとは何でしょうか？ それが進化するルールは何ですか？ なぜ何もないのではなく何かがあるのですか？」 この新しい研究を監督したカリフォルニア大学天文学教授ザカリー・スレピアン氏は語った。 「この研究はそれらの大きな疑問に対処します。」 スレピアン氏は、UF 博士研究員でこの研究の筆頭著者であるジアミン・ホウ氏、およびローレンス・バークレー国立研究所の物理学者ロバート・カーン氏と協力して分析を実施した。 トリオは研究結果を雑誌に発表しました
王立天文学会の毎月の通知 (
「スローンデジタルスカイサーベイバリオン振動分光サーベイ第4回データ公開CMASS銀河とLOWZ銀河の大規模XNUMX点相関関数におけるパリティ奇数モードの測定」).
ミラーイメージ
彼らの研究は、物理学で「パリティ対称性」として知られる概念の違反を探すように設計されており、これは左利きまたは右利きに似た鏡像反射を指します。 電子のスピンのように、物理学の多くのものには利き手があると言えます。 ただし、今日の物理法則では、通常、このスピンが左巻きか右巻きかは気にされません。 利き手に関係なく、物理法則を均等に、または対称的に適用することは、パリティ対称性と呼ばれます。
唯一の問題は、パリティの対称性がどこかの時点で破れたはずだということです。 宇宙がどのようにして反物質よりも多くの物質を生み出したかを説明するには、古代のパリティ違反、つまり遠い過去におけるある種の右巻きまたは左巻きの好みが必要であることが必要です。 ビッグバン中にパリティ対称性が保たれていた場合、物質と反物質の等しい部分が結合して互いに消滅し、宇宙は完全に空になったでしょう。
そこで、Slepian、Hou、Cahn は、Physical Review Letters に掲載された最近の論文で、ビッグバン中に実際にパリティが破られたという証拠を探す独創的な方法を提案しました。 彼らのアイデアは、夜空にある XNUMX つの銀河のあらゆる組み合わせを想像することでした。 これら XNUMX つの銀河を想像上の線で結ぶと、偏ったピラミッド、つまり四面体ができます。 これは可能な限り最も単純な 3D 形状であり、したがって鏡像を持つ最も単純な形状であり、パリティ対称性の重要なテストとなります。
彼らの方法では、XNUMX 万個の銀河のそれぞれについて、考えられる XNUMX 兆個の四面体、つまり信じられないほどの組み合わせを分析する必要がありました。 「最終的には、新しい数学が必要であることに気づきました」とスレピアン氏は語った。
そこで Slepian のチームは、膨大な計算を妥当な期間内で実行できる洗練された数式を開発しました。 それでもかなりの計算能力が必要でした。 「HiPerGator スーパーコンピューターとその高度な GPU を使用した UF の独自のテクノロジーにより、結果をテストするためにさまざまな設定で何千回も解析を実行することができました。」と彼は言いました。
スレピアンのグループは、確かに、宇宙が初期の物質に左巻きまたは右巻きの好みを刻み込み、それが最終的に今日の銀河になったことを発見しました。 (ただし、計算が複雑なため、その好みが右利きなのか左利きなのかを判断するのは困難です。) 彼らは、その結果が達成される可能性がどの程度あるかを示す尺度であるセブン シグマとして知られるある程度の確実性で調査結果を確立しました。偶然だけに基づいています。 物理学では、XNUMX シグマ以上の有意性を持つ結果は通常、信頼できると見なされます。これは、このレベルでの偶然の結果が発生する可能性は非常に小さいためです。 Slepian、Cahn、Hou によって提案された方法を使用して元 Slepian 研究室メンバーによって行われた同様の分析では、研究デザインの違いにより統計的信頼度がわずかに低いにもかかわらず、同じ利き手の好みが特定されました。
基礎となる測定値の不確実性が非対称性を説明できる可能性は依然として残っています。 ありがたいことに、次世代望遠鏡からの銀河のより大規模なサンプルは、わずか数年でこれらの不確実性を払拭するのに十分なデータを提供する可能性があります。 フロリダ大学のスレピアン氏のグループは、ダークエネルギー分光器望遠鏡チームの一員として、この新しい、より堅牢なデータの分析を実行します。
パリティ違反が発見されたのはこれが初めてではないが、宇宙の銀河の三次元クラスタリングに影響を与える可能性があるパリティ違反の最初の証拠である。 基本的な力の XNUMX つである弱い力もパリティに違反します。 しかし、その範囲は非常に限られており、銀河の規模に影響を与えることも、宇宙の物質の豊富さを説明することもできません。 その普遍的な影響には、インフレとして知られるビッグバンの瞬間にパリティ違反が発生する必要があります。
「パリティ違反はインフレーション中にのみ宇宙に刻み込まれる可能性があるため、我々の発見が真実であれば、それはインフレーションの決定的な証拠となる」とスレピアン氏は述べた。
スレピアン氏の研究室の発見では、物理法則がどのように変化したかをまだ説明できず、それには現在の宇宙を説明する理論である標準模型を超える新しい理論が必要となるだろう。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=63129.php
