 Физики воспроизвели картины паттернов, напоминающие космическое микроволновое фоновое излучение в лаборатории моделирования Большого Взрыва, используя ультрахолодные атомы цезия в вакуумной камере в Университете Чикаго.
"Это первое экспериментальное моделирование эволюции структуры в ранней Вселенной ", - сказал Чэн Чин , профессор физики. Чин и его коллеги сообщили о своем подвиге 1 августа в онлайн издании Science Express , в ближайшее время статья появится в печатном издании Science.
Чин проводил эксперимент с ведущим автором Чэнь Хун -Лунгом из Калифорнийского технологического института, и Виктор Гурарием из Университета Колорадо, Боулдер. Их целью было использовать ультрахолодные атомы для моделирования Большого Взрыва , чтобы лучше понять, как развивались структура Вселенной в младенчестве.
Реликтовое излучение является отголоском Большого взрыва. Многочисленные измерения реликтового излучения пришли из различных наземных обсерваторий. Данные обеспечили космологов "снимком" того, как Вселенная вела себя примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, который положил начало Вселенной.
Оказывается, что при определенных условиях облака атомов, охлажденных до миллиардной доли градуса выше абсолютного нуля ( -459,67 градусов по Фаренгейту) в вакуумной камере отображают явления, подобные тем, которые развернулись после Большого Взрыва.
"На такие ультрахолодные температуры атомы реагируют коллективно. Они действуют подобно звуковым волнам в воздухе ", сказал Хун. Плотный пакет вещества и излучения, который существовал в очень ранней Вселенной, генерировал волновые возбуждения, подобные звуку.
Синхронизация подобных "звуковых волн" коррелирует с космологической теорией инфляции в ранней Вселенной . "В теории инфляции изложены начальные условия в ранней Вселенной для создания подобных звуковых волн в космической жидкости, образованной веществом и излучением", - сказал Хун.
Внезапное расширение Вселенной во время инфляционного периода создало рябь в пространстве-времени, эхо Большого взрыва . "Можно думать о Большом взрыве в упрощенном варианте, взрыве, которым генерируется звук", - сказал Чин . Звуковые волны начали мешать друг другу, создавая сложные узоры . " Вот это происхождение сложности мы видим во Вселенной ", - сказал он .
Эти возбуждения называются акустическими колебаниями Сахарова, в честь русского физика Андрея Сахарова , который описал явление в 1960 году. Для получения колебаний Сахарова , команда Чина охлаждала облако из атомов цезия до температуры на миллиардную долю градуса выше абсолютного нуля , создавая экзотические состояния вещества.
Модель Вселенной занимала в лаборатории Чина площадь не более 70 микрон в диаметре, примерно как диаметр человеческого волоса . "Получается, такая же физика может произойти на совершенно разных масштабах", - заметил Чин, - " Это сила физики".
"В конце концов, важен не абсолютный размер моделируемой или аналогичной реальной вселенной. Здесь, конечно , мы доводим эту аналогию до крайности ", - сказал Чин .
"Вселенной потребовалось 380 000 лет, чтобы превратиться в спектр реликтового излучения, который мы видим сегодня", - сказал Чин . Но физикам удалось воспроизвести его по той же схеме примерно за 10 миллисекунд. " Это говорит и о том , что моделирование, основанное на холодных атомах, может быть мощным физическим инструментом ", - сказал Чин .
Хун отметил, что колебания Сахарова послужить отличным инструментом для исследования свойств космической жидкости в ранней Вселенной . " Мы смотрим на двумерную сверхтекучесть , которая сама по себе является очень интересным объектом. Мы планируем использовать эти колебания Сахарова для того, чтобы изучить свойства этого двумерной сверхтекучести при различных начальных условиях, чтобы получить больше информации. "
Научно-исследовательская группа варьировала условия, чтобы достичь предполагаемых условий, существовавших в ранней Вселенной. В их модели расширяемая вселенная быстро менялась, так как ультрахолодные атомы взаимодействуют, создавая рябь. "Эта рябь затем распространяется и создает много колебаний", - сказал Хун. Он и его соавторы затем исследовали отзвук этих колебаний.
Сегодняшняя карта показывают снимок того, как Вселенная появилась в давний момент времени. "Но мы действительно не видели, что произошло до этого момента", - сказал Чин . Но Хун отметил, что " В нашей модели мы можем реально контролировать весь эволюционный процесс осцилляций Сахарова".
Чин и Хун заинтересованы в продолжении этого экспериментальной работы с ультрахолодными атомами для различных направлений в физике, в том числе для моделирования образования галактик или даже динамики черных дыр.
|
