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Gravitationswellen könnten ein entscheidendes Rätsel um den Urknall lösen

Wir müssen nur zuhören.

Eine abstrakte Darstellung von Gravitationswellen. koto_feja / iStock

Wir stehen an der Schwelle zu einer Revolution in der Physik.

Vieles über das frühe Universum bleibt uns ein Rätsel, aber ein Forscherteam entdeckte, dass Gravitationswellen der Schlüssel zum Verständnis sein könnten, warum der Urknall, das undenkbar kolossale Ereignis, das das Universum besäte, mehr Materie als Antimaterie geschaffen hatvor kurzem eine Studieveröffentlicht in der ZeitschriftPhysical Review Letters.

Und das bedeutet, dass das kommende Jahrzehnt einige der grundlegendsten Fragen zum Universum aufdecken könnte.

Auffüllen der Antimaterie-Lücke in der Physik mit Gravitationswellen

Der einzige Grund, warum wir hier sind, ist, dass in einem undefinierten Moment in der ersten Sekunde der Geschichte des Universums mehr Materie als Antimaterie erzeugt wurde. Erstere ist buchstäblich alles, was du jemals gesehen, berührt und gekannt hast— selbst in den weitesten Weiten des Weltraums. Diese Asymmetrie ist so groß, dass nur ein zusätzliches Antimaterieteilchen pro zehn Milliarden Materieteilchen erzeugt wurde. Das Problem ist, dass die aktuellen Theorien der Physiker trotz dieses Ungleichgewichts keine Erklärung haben. Die TheorienWir haben tatsächlich vorgeschlagen, dass Materie und Antimaterie in gleicher Anzahl hätten geschaffen werden sollen, aber die Beständigkeit der Menschen, unseres Planeten und alles anderen im Universum unterstreicht die Notwendigkeit einer umfassenderen, unbekannten Physik.

Eine vielversprechende Idee, die von vielen Forschern angenommen wurde, ist, dass diese Asymmetrie ein Ergebnis der Nachinflationsbedingungen des jungen Universums ist, als alles eine irrsinnig schnelle Expansion durchmachte. Wenn dies der Fall ist, könnte ein "Feldklecks" entstehengestreckt haben außerhalb des beobachtbaren Horizonts sich zu entwickeln und zu fragmentieren, um eine asymmetrische Verteilung von Materie vs. Antimaterie zu erzeugen. Aber diese Theorie hat einen Haken. Sie ist selbst mit den größten Teilchenbeschleunigern der Welt schwer zu überprüfen, da die erforderliche Energie Milliarden beträgtBillionen Mal höher als das, was wir einfachen Menschen bisher erzeugen können. Aber das Forscherteam der Studie könnte einen Weg gefunden haben.

Q-Ball-Zerfall erzeugt im frühen Universum heftige Schwingungen

Mithilfe von Feldblobs namens "Q-Balls" planen die Forscher, diese populäre Hypothese eines schnell expandierenden frühen Universums zu analysieren, das eine Asymmetrie verursacht. Q-Balls sind nicht einfach, aber sie ähneln Bosonen oder den Higgs"Ein Higgs-Teilchen existiert, wenn das Higgs-Feld angeregt wird. Aber das Higgs-Feld kann andere Dinge tun, wie zum Beispiel einen Klumpen bilden", sagte Graham White, ein Projektforscher am Kavli IPMU, der auch der Hauptautor der Studie ist.„Wenn Sie ein Feld haben, das dem Higgs-Feld sehr ähnlich ist, aber eine Art Ladung hat – keine elektrische Ladung, sondern eine Art Ladung – dann hat ein Klumpen die Ladung als ein Teilchen. Da Ladung nicht einfach verschwinden kann,das Feld muss entscheiden, ob es in Partikeln oder Klumpen vorliegt."

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"Wenn es weniger Energie hat, in Klumpen als in Teilchen zu sein, dann wird das Feld dies tun", fügte White hinzu. "Ein Bündel von Klumpen, die zusammen koagulieren, ergibt einen Q-Ball." White und seine Kollegen argumentierten, dass diese Klumpen vonFelder oder Q-Bälle verbleiben eine Weile und verdünnen sich dann langsamer als "die Hintergrundsuppe der Strahlung, wenn sich das Universum ausdehnt, bis sich schließlich die meiste Energie im Universum in diesen Klumpen befindetdie Dichte der Strahlungssuppe beginnt zu wachsen, wenn diese Kleckse dominieren", und wenn die Q-Kugeln zerfallen, geschieht dies so schnell, dass die resultierenden Vibrationen im Hintergrundplasma verwandeln sich in heftige Schallwellen, die „spektakuläre Wellen in Raum und Zeit erzeugen, bekannt als Gravitationswellen, die in den nächsten Jahrzehnten nachgewiesen werden könnten.“ Dies bedeutet, dass unsere fortschreitende Erforschung von Gravitationswellen uns den Bedingungen dersehr frühen Universum. Und es könnte eine Antwort auf die stehende Asymmetrie geben zwischen Materie und Antimaterie.

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