As leis da física costumavam ser diferentes, o que pode explicar por que você existe

06 de junho de 2023 (Notícias do Nanowerk) As leis da física devem ter sido diferentes no início do universo do que são agora, de acordo com um estudo alucinante conduzido por astrônomos da Universidade da Flórida, que fornece pistas de por que estrelas, planetas e a própria vida conseguiram se formar no universo. Depois de analisar a distribuição de um enorme milhão, trilhões de grupos de galáxias, os cientistas descobriram que as leis físicas preferiram um conjunto de formas sobre suas imagens espelhadas. É como se o próprio universo favorecesse coisas destras em vez de canhotas, ou vice-versa. As descobertas, possibilitadas em parte pelo supercomputador da UF, HiPerGator, explicam talvez a maior questão da cosmologia: por que alguma coisa existe? Isso porque algum tipo de lateralidade nos primeiros momentos da criação é necessário para explicar por que o universo é feito de matéria, o material que compõe tudo o que vemos. Os resultados também ajudam a confirmar um princípio central da teoria do Big Bang sobre a origem do universo. “Sempre me interessei por grandes questões sobre o universo. Qual é o começo do universo? Quais são as regras sob as quais ele evolui? Por que existe algo em vez de nada?" disse Zachary Slepian, professor de astronomia da UF que supervisionou o novo estudo. “Este trabalho aborda essas grandes questões.” Slepian trabalhou com o pesquisador de pós-doutorado da UF e o primeiro autor do estudo, Jiamin Hou, e o físico do Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley, Robert Cahn, para conduzir a análise. O trio publicou suas descobertas na revista Avisos mensais da Royal Astronomical Society (“Medição de modos ímpares de paridade na função de correlação de 4 pontos em grande escala do Sloan Digital Sky Survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey décimo segundo lançamento de dados CMASS e galáxias LOWZ”).

Imagem de espelho

Seu estudo foi projetado para procurar a violação de um conceito conhecido como “simetria de paridade” na física, que se refere a reflexos de imagens espelhadas semelhantes a destros ou canhotos. Pode-se dizer que muitas coisas na física têm uma lateralidade, como o spin de um elétron. As leis da física hoje geralmente não se importam se esse giro é destro ou canhoto. Essa aplicação igual ou simétrica das leis da física, independentemente da lateralidade, é chamada de simetria de paridade. O único problema é que a simetria de paridade deve ter sido quebrada em algum ponto. Alguma antiga violação de paridade – algum tipo de preferência por coisas destras ou canhotas no passado distante – é necessária para explicar como o universo criou mais matéria do que antimatéria. Se a simetria de paridade fosse mantida durante o Big Bang, porções iguais de matéria e antimatéria teriam se combinado, aniquilado uma à outra e deixado o universo completamente vazio. Assim, em um artigo recente publicado na Physical Review Letters, Slepian, Hou e Cahn propuseram uma maneira inventiva de procurar evidências de que a paridade foi realmente violada durante o Big Bang. A ideia deles era imaginar todas as combinações possíveis de quatro galáxias no céu noturno. Conecte essas quatro galáxias por linhas imaginárias e você terá uma pirâmide torta, um tetraedro. Esta é a forma 3D mais simples possível – e, portanto, a forma mais simples que tem uma imagem espelhada, o teste chave para simetria de paridade. Seu método exigia a análise de um trilhão de tetraedros possíveis para cada um de um milhão de galáxias, um número incrível de combinações. “Por fim, percebemos que precisávamos de uma nova matemática”, disse Slepian. Assim, a equipe de Slepian desenvolveu fórmulas matemáticas sofisticadas que permitiram que os imensos cálculos fossem realizados em um período razoável. Ainda exigia uma quantidade considerável de poder computacional. “A tecnologia exclusiva da UF que temos aqui com o supercomputador HiPerGator e suas GPUs avançadas nos permitiu executar a análise milhares de vezes com diferentes configurações para testar nosso resultado”, disse ele. O grupo de Slepian descobriu que, de fato, o universo imprimiu uma preferência inicial por material destro ou canhoto no material que eventualmente se tornou as galáxias de hoje. (No entanto, a matemática complexa torna difícil dizer se essa preferência era por destros ou canhotos.) Eles estabeleceram sua descoberta com um grau de certeza conhecido como sete sigma, uma medida de quão improvável é alcançar o resultado. baseada apenas no acaso. Na física, um resultado com uma significância de cinco sigma ou superior é normalmente considerado confiável porque as chances de um resultado aleatório nesse nível são extremamente pequenas. Uma análise semelhante, conduzida por um ex-membro do laboratório Slepian usando o método proposto por Slepian, Cahn e Hou, identificou a mesma preferência de lateralidade universal, embora com um pouco menos de confiança estatística devido a diferenças no desenho do estudo. Ainda é possível que a incerteza nas medições subjacentes possa explicar a assimetria. Felizmente, amostras muito maiores de galáxias de telescópios de última geração podem fornecer dados suficientes para apagar essas incertezas em apenas alguns anos. O grupo de Slepian na UF realizará suas análises sobre esses dados novos e mais robustos como parte da equipe do telescópio Dark Energy Spectroscopic Instrument. Esta não é a primeira vez que a violação de paridade é detectada, mas é a primeira evidência de violação de paridade que pode afetar o agrupamento tridimensional de galáxias no universo. Uma das forças fundamentais, a força fraca, também viola a paridade. Mas seu alcance é extremamente limitado e não pode influenciar a escala das galáxias nem explicar a abundância de matéria no universo. Essa influência universal exigiria que uma violação de paridade ocorresse no momento do Big Bang, período conhecido como inflação. “Como a violação da paridade só pode ser impressa no universo durante a inflação, se o que descobrimos for verdade, isso fornece evidências irrefutáveis ​​para a inflação”, disse Slepian. As descobertas do laboratório de Slepian ainda não podem explicar como as leis da física mudaram, o que exigirá novas teorias que vão além do Modelo Padrão, uma teoria que explica nosso universo atual.

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• Fonte: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=63129.php