Vroeger waren de wetten van de natuurkunde anders, wat misschien verklaart waarom jij bestaat

Vroeger waren de wetten van de natuurkunde anders, wat misschien verklaart waarom jij bestaat

Tijdstempel: 6 juni 2023 12:59 uur
Bronknooppunt: 2704958
06 juni 2023 (Nanowerk Nieuws) De wetten van de natuurkunde moeten aan het begin van het heelal anders zijn geweest dan nu, volgens een verbluffende studie uitgevoerd door astronomen van de Universiteit van Florida, die aanwijzingen geeft waarom sterren, planeten en het leven zelf erin slaagden zich te vormen in de universum. Na analyse van de verdeling van maar liefst miljoen, biljoen groepen sterrenstelsels, ontdekten de wetenschappers dat natuurkundige wetten ooit de voorkeur gaven aan één reeks vormen boven hun spiegelbeelden. Het is alsof het universum zelf de voorkeur gaf aan rechtshandige dingen in plaats van linkshandige dingen, of vice versa. De bevindingen, mede mogelijk gemaakt door UF's supercomputer HiPerGator, helpen bij het verklaren van misschien wel de grootste vraag in de kosmologie: waarom bestaat iets? Dat komt omdat er op de vroegste momenten van de schepping een soort handigheid nodig is om uit te leggen waarom het universum is gemaakt van materie, het spul dat alles maakt wat we zien. De resultaten helpen ook een centraal principe van de oerknaltheorie over de oorsprong van het universum te bevestigen. “Ik ben altijd geïnteresseerd geweest in grote vragen over het universum. Wat is het begin van het heelal? Wat zijn de regels waaronder het evolueert? Waarom is er iets in plaats van niets?” zei Zachary Slepian, een UF-astronomieprofessor die toezicht hield op de nieuwe studie. "Dit werk behandelt die grote vragen." Slepian werkte samen met UF postdoctoraal onderzoeker en de eerste auteur van de studie, Jiamin Hou, en Lawrence Berkeley National Laboratory fysicus Robert Cahn om de analyse uit te voeren. Het trio publiceerde hun bevindingen in het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society ("Meting van pariteit-oneven modi in de grootschalige 4-punts correlatiefunctie van Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey twaalfde data release CMASS en LOWZ sterrenstelsels").

Spiegelbeeld

Hun studie was ontworpen om te zoeken naar schending van een concept dat bekend staat als "pariteitssymmetrie" in de natuurkunde, dat verwijst naar spiegelbeeldreflecties die lijken op links- of rechtshandigheid. Van veel dingen in de natuurkunde kan worden gezegd dat ze handigheid hebben, zoals de spin van een elektron. De wetten van de natuurkunde van vandaag maken het echter meestal niet uit of deze spin links- of rechtshandig is. Die gelijke of symmetrische toepassing van de natuurwetten, ongeacht handigheid, wordt pariteitssymmetrie genoemd. Het enige probleem is dat de pariteitssymmetrie ooit verbroken moet zijn. Een oude pariteitsschending - een soort voorkeur voor rechtshandige of linkshandige dingen in het verre verleden - is nodig om uit te leggen hoe het universum meer materie dan antimaterie heeft gecreëerd. Als tijdens de oerknal pariteitssymmetrie zou bestaan, zouden gelijke delen van materie en antimaterie zich hebben gecombineerd, elkaar hebben vernietigd en het universum volledig leeg hebben achtergelaten. Dus in een recent artikel gepubliceerd in Physical Review Letters, stelden Slepian, Hou en Cahn een inventieve manier voor om te zoeken naar bewijs dat pariteit inderdaad werd geschonden tijdens de oerknal. Hun idee was om elke mogelijke combinatie van vier sterrenstelsels aan de nachtelijke hemel voor te stellen. Verbind die vier sterrenstelsels met denkbeeldige lijnen en je hebt een scheve piramide, een tetraëder. Dit is de eenvoudigste 3D-vorm die mogelijk is - en dus de eenvoudigste vorm die een spiegelbeeld heeft, de belangrijkste test voor pariteitssymmetrie. Hun methode vereiste het analyseren van een biljoen mogelijke tetraëders voor elk van een miljoen sterrenstelsels, een ongelooflijk aantal combinaties. "Uiteindelijk realiseerden we ons dat we nieuwe wiskunde nodig hadden", zei Slepian. Dus ontwikkelde het team van Slepian geavanceerde wiskundige formules waarmee de immense berekeningen binnen een redelijke tijd konden worden uitgevoerd. Het vereiste nog steeds een aanzienlijke hoeveelheid rekenkracht. "Dankzij de unieke technologie van UF die we hier hebben met de HiPerGator-supercomputer en zijn geavanceerde GPU's, konden we de analyse duizenden keren uitvoeren met verschillende instellingen om ons resultaat te testen", zei hij. De groep van Slepian ontdekte dat het universum inderdaad een vroege voorkeur voor links- of rechtshandig materiaal op het materiaal heeft gedrukt dat uiteindelijk de sterrenstelsels van vandaag werden. (De complexe wiskunde maakt het echter moeilijk te zeggen of die voorkeur voor rechtshandigheid of linkshandigheid was.) Ze stelden hun bevinding vast met een zekere mate van zekerheid die bekend staat als zeven sigma, een maatstaf voor hoe onwaarschijnlijk het is om het resultaat te bereiken alleen op toeval gebaseerd. In de natuurkunde wordt een resultaat met een significantie van vijf sigma of hoger doorgaans als betrouwbaar beschouwd, omdat de kans op een kans op een resultaat op dit niveau verwaarloosbaar klein is. Een vergelijkbare analyse, uitgevoerd door een voormalig lid van het Slepian-laboratorium met behulp van de methode voorgesteld door Slepian, Cahn en Hou, identificeerde dezelfde voorkeur voor universele handigheid, zij het met iets minder statistische betrouwbaarheid vanwege verschillen in de onderzoeksopzet. Het blijft mogelijk dat onzekerheid in de onderliggende metingen de asymmetrie zou kunnen verklaren. Gelukkig zouden veel grotere monsters van sterrenstelsels van telescopen van de volgende generatie voldoende gegevens kunnen opleveren om deze onzekerheden in slechts een paar jaar uit te wissen. De groep van Slepian bij UF zal hun analyse uitvoeren op deze nieuwe, robuustere gegevens als onderdeel van het Dark Energy Spectroscopic Instrument-telescoopteam. Dit is niet de eerste keer dat pariteitsschending wordt waargenomen, maar het is het eerste bewijs van pariteitsschending die de driedimensionale clustering van sterrenstelsels in het universum kan beïnvloeden. Een van de fundamentele krachten, de zwakke kracht, schendt ook de pariteit. Maar het bereik is extreem beperkt en het kan de schaal van sterrenstelsels niet beïnvloeden, noch de overvloed aan materie in het universum verklaren. Die universele invloed zou een pariteitsschending vereisen op het moment van de oerknal, een periode die bekend staat als inflatie. "Aangezien pariteitsschending alleen tijdens inflatie op het universum kan worden gedrukt, levert het, als wat we hebben gevonden waar is, bewijs op voor inflatie", zei Slepian. De bevindingen van het laboratorium van Slepian kunnen nog niet verklaren hoe de wetten van de natuurkunde zijn veranderd, waarvoor nieuwe theorieën nodig zijn die verder gaan dan het standaardmodel, een theorie die ons huidige universum verklaart.

Tijdstempel:

Meer van Nanowerk