Nowe badania sugerują niewidzialny „świat lustra” cząstek, które oddziałują z naszym światem tylko za pomocą grawitacji, co może być kluczem do rozwiązania ważnej zagadki w dzisiejszej kosmologii – stałego problemu Hubble’a.
Stała Hubble’a to tempo ekspansji dzisiejszego wszechświata. Prognozy dla tego tempa – ze standardowego modelu kosmologii – są znacznie wolniejsze niż tempo znalezione przez nasze najdokładniejsze lokalne pomiary. Ta rozbieżność jest tą, którą wielu kosmologów próbowało rozwiązać, zmieniając nasz obecny model kosmologiczny. Wyzwaniem jest zrobienie tego bez naruszania zgodności między przewidywaniami modelu standardowego a wieloma innymi zjawiskami kosmologicznymi, takimi jak kosmiczne mikrofalowe tło. Ustalenie, czy taki kosmologiczny scenariusz istnieje, to pytanie, które naukowcy, w tym Francis-Yan Cyr-Racine, adiunkt na Wydziale Fizyki i Astronomii na Uniwersytecie Nowego Meksyku, Fei Ge i Lloyd Knox na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis próbowałem odpowiedzieć.
Według NASA kosmologia jest naukowym badaniem wielkoskalowych właściwości wszechświata jako całości. Kosmolodzy badają takie pojęcia, jak ciemna materia i ciemna energia oraz czy istnieje jeden czy wiele wszechświatów, czasami nazywanych wieloświatem. Kosmologia obejmuje cały wszechświat od narodzin do śmierci z tajemnicami i intrygami na każdym kroku.
Teraz Cyr-Racine, Ge i Knox odkryli niezauważoną wcześniej właściwość matematyczną modeli kosmologicznych, która w zasadzie może pozwolić na szybsze tempo ekspansji, nie zmieniając przy tym najdokładniej przetestowanych innych przewidywań standardowego modelu kosmologicznego. Odkryli, że równomierne skalowanie szybkości swobodnego spadania grawitacyjnego i szybkości rozpraszania foton-elektron pozostawia większość bezwymiarowych obserwacji kosmologicznych prawie niezmiennych.
„Zasadniczo zwracamy uwagę, że wiele obserwacji, które wykonujemy w kosmologii, ma nieodłączną symetrię przy przeskalowaniu Wszechświata jako całości. Może to zapewnić sposób na zrozumienie, dlaczego wydaje się istnieć rozbieżność między różnymi pomiarami tempa ekspansji Wszechświata ”.
Badania zatytułowane „Symetry of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector, and the Hubble Constant” zostały niedawno opublikowane w Physical Review Letters.
Wynik ten otwiera nowe podejście do pogodzenia kosmicznego mikrofalowego tła i wielkoskalowych obserwacji struktur z wysokimi wartościami stałej Hubble’a H0: Znajdź model kosmologiczny, w którym można przeprowadzić transformację skalowania bez naruszania jakichkolwiek pomiarów wielkości niechronionych przez symetrię. Ta praca otworzyła nową drogę do rozwiązania tego, co okazało się trudnym problemem. Dalsze budowanie modelu może zapewnić spójność z dwoma ograniczeniami, które nie zostały jeszcze spełnione: wywnioskowanymi pierwotnymi obfitościami deuteru i helu.
Jeśli wszechświat w jakiś sposób wykorzystuje tę symetrię, badacze dochodzą do niezwykle interesującego wniosku: istnieje lustrzany wszechświat bardzo podobny do naszego, ale niewidoczny dla nas z wyjątkiem oddziaływania grawitacyjnego na nasz świat. Taki ciemny sektor „świata luster” umożliwiłby efektywne skalowanie szybkości grawitacyjnego swobodnego spadania przy jednoczesnym poszanowaniu dziś dokładnie zmierzonej średniej gęstości fotonów.
„W praktyce ta skalująca symetria może być zrealizowana tylko poprzez włączenie do modelu świata lustrzanego – równoległego wszechświata z nowymi cząstkami, które są kopiami znanych cząstek” – powiedział Cyr-Racine. „Idea świata lustrzanego pojawiła się po raz pierwszy w latach 90., ale nie została wcześniej uznana za potencjalne rozwiązanie stałego problemu Hubble’a.
„To może wydawać się szalone na pierwszy rzut oka, ale takie lustrzane światy mają obszerną literaturę dotyczącą fizyki w zupełnie innym kontekście, ponieważ mogą pomóc w rozwiązaniu ważnego problemu w fizyce cząstek elementarnych” – wyjaśnia Cyr-Racine. „Nasza praca pozwala nam po raz pierwszy połączyć tę obszerną literaturę z ważnym problemem kosmologii”.
Oprócz poszukiwania brakujących składników w naszym obecnym modelu kosmologicznym, naukowcy zastanawiają się również, czy ta stała rozbieżność Hubble’a może być częściowo spowodowana błędami pomiarowymi. Chociaż jest to możliwe, należy zauważyć, że rozbieżność staje się coraz bardziej znacząca, ponieważ w analizach uwzględniono dane o wyższej jakości, co sugeruje, że dane mogą nie być winne.
„Zmienił się z dwóch i pół Sigmy do trzech i trzech i pół do czterech Sigmy. Do tej pory jesteśmy prawie na poziomie pięciu Sigmy” – powiedział Cyr-Racine. „To kluczowa liczba, która sprawia, że jest to prawdziwy problem, ponieważ masz dwa pomiary tej samej rzeczy, które jeśli masz spójny obraz wszechświata, powinny być po prostu całkowicie zgodne ze sobą, ale różnią się o bardzo statystycznie istotną wartość. “
„Taka jest tutaj przesłanka i zastanawialiśmy się, co może być tego przyczyną i dlaczego te pomiary są rozbieżne? To duży problem dla kosmologii. Po prostu nie rozumiemy, co robi dzisiaj Wszechświat”.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Nowego Meksyku. Oryginał napisany przez Steve’a Carra. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.