Mi lenne, ha azt mondanám neked, hogy univerzumunkat százféle féle szinte láthatatlan részecske elárasztotta, és hogy régen ezek a részecskék alkotják az univerzumot átfogó vonóságok hálózatát?
Trippynek és félelmetesnek hangzik, de valójában a húr elméletének előrejelzése, a legjobb (de bosszantóan hiányos) kísérlet mindent elméletre. Ezeket a bizarr, bár hipotetikus kis részecskéket axióknak nevezzük, és ha megtalálhatók, ez azt jelentené, hogy mindannyian hatalmas "tengelyirányban" élünk.
Ennek az elméletnek a legjobb része az, hogy ez nem csak egy fizikus karosszék-hipotézise, tesztelés nélkül. Ez az érthetetlenül hatalmas vonósok hálózat a közeljövőben felismerhetők a éppen épülő mikrohullámú távcsövekkel.
Ha megtalálják, akkor az axiverse jelentős lépést tehet nekünk a ... rejtély, az egész fizika rejtvényének kitalálásában.
A húrok szimfóniája
Oké, kezdjük el az üzlettel. Először is, kissé jobban meg kell ismernünk az axiót. A fizikus (és később a Nobel-díjas) Frank Wilczek által 1978-ban elnevezett axiónia megkapta a nevét, mert feltételezhető, hogy egyfajta szimmetria-törésből származik. Tudom, tudom - több zsargon. Kitartás. A fizikusok szeretik a szimmetriákat - amikor bizonyos minták megjelennek a matematikában.
Van egyfajta szimmetria, úgynevezett CP szimmetria, amely szerint az anyagnak és az antianyagnak ugyanannak kell viselkednie, ha koordinátáik megfordulnak. De ez a szimmetria úgy tűnik, hogy nem illeszkedik természetesen az erős nukleáris erő elméletéhez. Ennek a rejtvénynek az egyik megoldása egy olyan szimmetria bevezetése az univerzumban, amely "helyesbíti" ezt a rossz magatartást. Ez az új szimmetria azonban csak rendkívül magas energiákon jelentkezik. A mindennapi alacsony energiáknál ez a szimmetria eltűnik, és ezt figyelembe véve egy új részecske - az axion - előbukkan.
Most a húrelmélet felé kell fordulnunk, amely arra a kísérletünk (és már ötvenes éve a legfőbb kísérletünk) a természet összes erejét, különösen a gravitációt egyetlen elméleti keretben egyesíteni. Különböző tényezők miatt bebizonyosodott, hogy különösen bonyolult problémamegoldást kínál, köztük a legkevésbé, hogy a húr-elmélet működéséhez (más szóval, hogy a matematikának még reménykedjen is a kidolgozására), mi az univerzumnak a tér és az idő szokásos három dimenziójánál többnek kell lennie; extra térbeli méreteknek kell lennie.
Ezek a térbeli méretek természetesen nem láthatók szabad szemmel; ellenkező esetben észrevennénk egy ilyen dolgot. Tehát az extra méreteknek tizenöt aprónak kell lenniük, és olyan kicsire kell felcsavarodni magukon, hogy elkerüljék a normál erőfeszítéseket, hogy észrevegyék őket.
Nehézséget okoz az, hogy nem vagyunk biztosak abban, hogy ezek a kiegészítő méretek magukra hajlanak-e, és valamilyen körülbelül 10 ^ 200 lehetséges módszer van rá.
De ezeknek a dimenziós elrendezéseknek közösnek látszik az axiók létezése, amelyek a húr elméletében olyan részecskék, amelyek maguk köré forognak és összeragadnak.
Sőt, a húr elmélet nem csak egy tengelyt, hanem potenciálisan több száz különféle tömeget különbözõ tömegeken nem előre jelez, beleértve az axiót is, amely megjelenhet az erõteljes nukleáris erõ elméleti becsléseiben.
Buta húrok
Tehát rengeteg új típusú részecske van, mindenféle tömeggel. Nagy! Lehet-e az axiók alkotni a sötét anyagot, amely úgy tűnik, hogy felelős a galaxisok tömegének legnagyobb részéért, de a szokásos távcsövekkel nem észlelhető? Talán; ez egy nyitott kérdés. Az axióknak, mint sötét anyagnak azonban kihívásokkal teli megfigyelési tesztekkel kell szembenézniük, így egyes kutatók ehelyett az axiós családok könnyebb végére összpontosítanak, feltárva azokat.
És amikor ezek a kutatók elkezdenek átgondolni ezeket a tollas súlyú axiók előrejelzett viselkedését a korai világegyetemben, valami igazán figyelemre méltó dolgot találnak. Kozmoszunk történetének legkorábbi pillanataiban az univerzum fázisátmeneteken ment keresztül, teljes karakterét megváltoztatva az egzotikus, nagy energiájú állapotoktól a rendszeres alacsony energiájú állapotokig.
A fázisátmenetek egyikében (ami akkor történt, amikor a világegyetem kevesebb, mint egy második volt) a húr elmélet tengelyei nem jelentek meg részecskékként. Ehelyett hurkoknak és vonalaknak tűntek - a kozmoszt keresztező könnyű, szinte láthatatlan húrok hálózata.
Ezt a hipotetikus tengelyt, amely különféle könnyű axiós húrokkal tele van, nem más fizikai elmélet jósolja meg, csak a húr elmélet. Tehát, ha megállapítanánk, hogy egy tengelyirányban élünk, ez nagy áldás lenne a húros elmélet számára.
A fény változása
Hogyan lehet keresni ezeket az axiós vonóságokat? A modellek azt jósolják, hogy az axiósorozatok nagyon kis tömegűek, tehát a fény nem ütközik egy tengelybe és nem hajlik, vagy az axiók valószínűleg nem keverednek más részecskékkel. Lehet, hogy több millió axiós vonal lebeg a Tejúton, és nem látnánk őket.
De a világegyetem régi és nagy, és ezt előnyeinkre is felhasználhatjuk, különösen akkor, ha felismerjük, hogy az univerzum is háttérvilágítással rendelkezik.
A kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) a legrégebbi fény az univerzumban, amelyet akkor is bocsátottak ki, amikor még csak csecsemő volt - kb. 380 000 éves. Ez a fény az milliárd évig átitatta az univerzumot, szűrve a kozmoszon, amíg végül el nem ért valamit, mint például a mikrohullámú távcsöveink.
Tehát, amikor a CMB-re nézünk, milliárd fényévnyi univerzumon keresztül látjuk. Olyan, mintha egy zseblámpának villanna egy pókhálót egy sorozaton keresztül: Ha létezik egy tengelyszálak hálója, amelybe a kozmosz átfűzött, potenciálisan észrevehetjük őket.
Egy nemrégiben, az arXiv adatbázisban, december 5-én közzétett tanulmányban egy kutató trió kiszámította az axiverse hatását a CMB fényére. Megállapították, hogy attól függően, hogy egy kis fény áthalad egy adott axiális húr közelében, ennek a fénynek a polarizációja eltolódhat. Ennek oka az, hogy a CMB fény (és az összes fény) elektromos és mágneses mező hullámaiból készül, és a fény polarizációja megmutatja, hogy az elektromos mezők hogyan orientálódnak - olyasmi, amely megváltozik, amikor a CMB fény tengelyt talál. A CMB fény polarizációját úgy mérhetjük, hogy a jelet speciális szűrőkön vezetjük át, lehetővé téve ennek a hatásnak a kitárolását.
A kutatók megállapították, hogy a húrokkal teli univerzum CMB-re gyakorolt teljes hatása körülbelül 1% -ot tett ki a polarizáció eltolódásáért, ami azon a ponton áll, amely a mai napig észlelhető. De a jövőbeli CMB térképezőket, például a Cosmic Origins Explorer, az Lite (Light) műholdat a B-mód polarizációjának és a kozmikus háttér sugárzásdetektálásból származó infláció tanulmányozására, valamint az Primordial Inflation Explorer (PIXIE) tanulmányozzák jelenleg. Ezek a futurisztikus távcsövek képesek lennének egy tengelyirány szippantására. És ha egyszer ezek a térképezők elérhetővé válnak online, akkor vagy azt találjuk, hogy egy tengelyirányban élünk, vagy kizárjuk a húr-elmélet ezen előrejelzését.
Akárhogy is, sokat kell kibontani.
Paul M. Sutter asztrofizikus aAz Ohio Állami Egyetem, házigazdaKérdezz egy űrhajóstól ésSpace Radio, és aHelyed az univerzumban.
