Measuring Helium In Distant Galaxies May Give Physicists Insight Into Why The Universe Exists

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Benim gibi teorik fizikçiler, evrenin neden var olduğunu incelediğimizi söylediğinde, filozof gibi konuşuyoruz. Ancak Japonya'nın teknolojisini kullanan araştırmacılar tarafından toplanan yeni veriler Subaru teleskopu sorusuna dair içgörüler ortaya koymuştur.

Big Bang evreni tekmeledi 13.8 milyar yıl önce bildiğimiz gibi. Birçok teori parçacık fiziğinde, evrenin tasarımında yaratılan tüm madde için, yanında eşit miktarda antimaddenin de yaratılmış olması gerektiğini öne sürüyor. Antimadde, madde gibi, kütleye sahiptir ve yer kaplar. Bununla birlikte, antimadde parçacıkları, karşılık gelen madde parçacıklarının zıt özelliklerini sergiler.

Madde ve antimadde parçaları çarpıştığında, güçlü bir patlamada birbirinizi yok edin, geride sadece enerji bırakarak. Eşit bir madde ve antimadde dengesi yaratılacağını öngören teorilerle ilgili şaşırtıcı olan şey, eğer doğru olsalardı, ikisinin birbirini tamamen yok ederek evreni boş bırakacak olmalarıdır. Yani evrenin doğuşunda antimaddeden çok madde olmalı, çünkü evren boş değil; galaksiler, yıldızlar ve gezegenler gibi maddeden yapılmış şeylerle dolu. Biraz anti madde çevremizde var, ama çok nadirdir.

Olarak Subaru verileri üzerinde çalışan fizikçi, bu sözde ile ilgileniyorum madde-antimadde asimetri problemi. Içinde bizim yeni bir çalışma, iş arkadaşlarım ve ben, teleskopun uzak galaksilerdeki helyum miktarı ve türüyle ilgili yeni ölçümünün bu uzun süredir devam eden gizeme bir çözüm sunabileceğini bulduk.

Big Bang'den sonra

Büyük Patlama'dan sonraki ilk milisaniyelerde evren sıcak, yoğun ve protonlar, nötronlar ve elektronlar gibi temel parçacıklarla doluydu. bir plazma içinde yüzüyor. Ayrıca bu parçacık havuzunda mevcut olan nötrinolarçok küçük, zayıf etkileşimli parçacıklar ve antinötrinolar, onların antimadde muadilleri.

Fizikçiler, Büyük Patlama'dan sadece bir saniye sonra ışık çekirdeğinin oluştuğuna inanıyor. hidrojen gibi elementler ve helyum oluşmaya başladı. Bu süreç olarak bilinir Büyük Patlama nükleosentezi. Oluşan çekirdekler yaklaşık Yüzde 75 hidrojen çekirdeği ve yüzde 24 helyum çekirdeğiartı küçük miktarlarda daha ağır çekirdekler.

Fizik camiasının en yaygın kabul gören teori Bu çekirdeklerin oluşumu bize nötrinoların ve antinötrinoların özellikle helyum çekirdeklerinin oluşumunda temel rol oynadığını söylüyor.

Erken evrende helyum oluşumu iki aşamalı bir süreçte gerçekleşti. İlk olarak, nötronlar ve protonlar bir arada birinden diğerine dönüşür. süreç dizisi nötrinoları ve antinötrinoları içerir. Evren soğudukça bu süreçler durdu ve protonların nötronlara oranı ayarlandı.

Teorik fizikçiler olarak, protonların nötronlara oranının erken evrendeki göreli nötrino ve antinötrino sayısına nasıl bağlı olduğunu test etmek için modeller oluşturabiliriz. Eğer daha fazla nötrino vardı, o zaman modellerimiz daha fazla proton gösterir ve sonuç olarak daha az nötron olur.

Evren soğudukça hidrojen, helyum ve diğer elementler bu proton ve nötronlardan oluşur. Helyum iki proton ve iki nötrondan oluşur ve hidrojen sadece bir protondur ve nötron içermez. Dolayısıyla erken evrende ne kadar az nötron varsa, o kadar az helyum üretilecektir.

Çünkü Big Bang nükleosentezi sırasında oluşan çekirdekler bugün hala izlenebilir, bilim adamları erken evren sırasında kaç tane nötrino ve antinötrino bulunduğunu tahmin edebilirler. Bunu özellikle hidrojen ve helyum gibi hafif elementler açısından zengin galaksilere bakarak yapıyorlar.

Protonların ve nötronların helyum atomlarını nasıl oluşturduğunu gösteren bir diyagram. — Bir dizi yüksek enerjili parçacık çarpışmasında, erken evrende helyum gibi elementler oluşur. Burada D, bir proton ve bir nötron içeren bir hidrojen izotopu olan döteryumu ve γ, fotonları veya hafif parçacıkları temsil eder. Gösterilen zincirleme reaksiyonlar dizisinde, protonlar ve nötronlar döteryum oluşturmak için birleşir, ardından bu döteryum çekirdekleri helyum çekirdeklerini oluşturmak için birleşir. İmaj Kredisi: Anne-Katherine Burns

Helyumda Bir İpucu

Geçen yıl, Subaru Teleskobu üzerinde çalışan bir grup Japon bilim adamı olan Subaru İşbirliği, şu verileri yayınladı: 10 galaksi neredeyse tamamen hidrojen ve helyumdan oluşan bizimkinin çok dışında.

Araştırmacıların farklı unsurları birbirinden ayırt etmesine izin veren bir teknik kullanmak ışığın dalga boylarına göre Teleskopta gözlemlenen Subaru bilim adamları, bu 10 galaksinin her birinde tam olarak ne kadar helyum bulunduğunu belirlediler. Daha da önemlisi, daha önce kabul edilen teorinin öngördüğünden daha az helyum buldular.

Bu yeni sonuçla birlikte çalıştığım kişiler ve ben, doğru olanı bulmak için geriye doğru çalıştık. nötrino ve antinötrino sayısı verilerde bulunan helyum bolluğunu üretmek için gereklidir. Bir denklemde "X" için çözmeniz istendiğinde, dokuzuncu sınıf matematik dersinizi hatırlayın. Ekibimin yaptığı şey, esasen bunun daha karmaşık bir versiyonuydu, burada bizim "X"imiz nötrinoların veya antinötrinoların sayısıydı.

Daha önce kabul edilen teori, erken evrende aynı sayıda nötrino ve antinötrino olması gerektiğini öngördü. Ancak, bize yeni veri kümesiyle eşleşen bir tahmin vermesi için bu teoriyi değiştirdiğimizde, onu bulduk nötrinoların sayısı, antinötrinoların sayısından daha fazlaydı.

Tüm bunların anlamı ne?

Helyum açısından zengin yeni galaksi verilerinin bu analizinin geniş kapsamlı bir sonucu var - madde ve anti madde arasındaki asimetriyi açıklamak için kullanılabilir. Subaru verileri bizi doğrudan bu dengesizliğin kaynağına yönlendiriyor: nötrinolar. Bu çalışmada, iş arkadaşlarım ve ben, bu yeni helyum ölçümünün, erken evrende antinötrinolardan daha fazla nötrino olmasıyla tutarlı olduğunu kanıtladık. Başından sonuna kadar bilinen ve olası parçacık fiziği süreçleri, nötrinolardaki asimetri tüm maddelerde bir asimetriye yayılabilir.

Çalışmamızın sonucu teorik fizik dünyasında yaygın olarak görülen bir sonuç türüdür. Temel olarak, madde-antimadde asimetrisinin üretilebileceği uygun bir yol keşfettik, ancak bu, kesinlikle bu şekilde üretildiği anlamına gelmez. Verilerin teorimize uyması, öne sürdüğümüz teorinin doğru olabileceğine dair bir ipucudur, ancak bu gerçek tek başına doğru olduğu anlamına gelmez.

Öyleyse, bu küçücük nötrinolar asırlık soruyu yanıtlamanın anahtarı mı, "Herhangi bir şey neden var?" Bu yeni araştırmaya göre, sadece olabilirler.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.

Resim Kredi: NASA