Viele Generationen von Wissenschaftlern waren davon überzeugt, dass die Gesetze der Physik absolut symmetrisch seien. Symmetrie selbst ist
Astronomen der University of Florida fanden herausder erste Beweis für den notwendigen Symmetriebruch im Moment der Schöpfung. Sie entdeckten, dass das Universum irgendwann einen Satz von Formen ihren Spiegelbildern vorzog – es kam zu einer Verletzung der Symmetrie. Nach diesem Konzept gab es in der Geschichte unseres Universums eine sehr kurze Zeit, in der die Gesetze der Physik ganz anders waren als heute, und dies hatte enorme Konsequenzen für die Entwicklung des Universums.
Als Ergebnis kamen Wissenschaftler zu zwei wesentlichen Schlussfolgerungen:Erstens konnte diese Paritätsverletzung zukünftige Galaxien nur während einer Periode extremer Inflation in den frühesten Momenten des Universums betreffen, was einen zentralen Bestandteil der Urknalltheorie über die Entstehung des Kosmos bestätigt.
Zweitens liegt auch eine Paritätsverletzung vorwürde helfen, die vielleicht wichtigste Frage der Kosmologie zu beantworten: Warum überhaupt etwas existiert. Dies liegt daran, dass eine Paritätsverletzung erforderlich ist, um zu erklären, warum es mehr Materie als Antimaterie gibt. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, dass Galaxien, Sterne, Planeten und Leben so entstehen können, wie sie es tun.
„Ich habe mich schon immer für große Fragen interessiertüber das Universum. Was ist der Anfang des Universums? Nach welchen Regeln entwickelt es sich? Warum gibt es etwas und nicht nichts? Diese Arbeit befasst sich mit diesen wichtigen Fragen“, erklärt Zachary Slepian, Professor für Astronomie an der University of Florida, der die neue Studie leitete.
Die Idee hinter der Paritätssymmetrie ist, dass die GleichungenPhysiker sind unter Spiegelinversion invariant. Dies führt zu der Vorhersage, dass das Spiegelbild einer Reaktion (z. B. einer chemischen Reaktion oder eines radioaktiven Zerfalls) auf die gleiche Weise abläuft wie die Reaktion selbst. Wissenschaftler verwenden üblicherweise den Begriff Händigkeit, um dieses Merkmal zu beschreiben. Unsere linke und rechte Hand sind (bedingt) Spiegelbilder voneinander. Es ist unmöglich, die linke Hand in drei Dimensionen zu drehen, um sie wie die rechte aussehen zu lassen, was bedeutet, dass sie immer auseinandergehalten werden können.
Ein Symmetriebruch würde das bedeutenDas Universum bevorzugt entweder eine „linkshändige“ oder eine „rechtshändige“ Form. Um die Händigkeit oder die Seite, die das Universum gewählt hat, zu verstehen, stellten sich Wissenschaftler alle möglichen Kombinationen von vier Galaxien vor, die durch imaginäre Linien im Raum verbunden sind. Sie schufen ein dreidimensionales Objekt – ein Tetraeder, das einer gekrümmten Pyramide ähnelt – die einfachste Form, die ein Spiegelbild aufweist. Sie identifizierten rechts- und linkshändige galaktische Tetraeder anhand der Beziehung der Galaxien zu ihren nächsten und am weitesten entfernten „Partnern“ in diesen imaginären Formen.
Dazu mussten Wissenschaftler analysierenBillionen imaginärer Tetraeder für jede der Millionen Galaxien, das ist eine riesige Anzahl an Kombinationen. „Irgendwann wurde uns klar, dass wir neue Mathematik brauchten“, schreiben die Wissenschaftler.
Also entwickelten sie komplexe MathematikFormeln, die es ermöglichten, umfangreiche Berechnungen in angemessener Zeit durchzuführen. Dies erforderte noch viel Rechenleistung. Dafür nutzten Wissenschaftler den Supercomputer HiPerGator.
Aufgrund technischer Aspekte der Analyse ist dies schwierigsagen, ob das Universum „rechtshändige“ oder „linkshändige“ Formen „wählt“, aber Wissenschaftler haben klare Beweise dafür beobachtet, dass der Kosmos tatsächlich Präferenzen hat. Die Zuverlässigkeit der Ergebnisse betrug sieben Sigma. In der Physik gilt ein Ergebnis mit einem Sigma-Wert von fünf oder höher üblicherweise als zuverlässig, da die Wahrscheinlichkeit eines zufälligen Ergebnisses auf diesem Niveau zu gering ist.
Obwohl Wissenschaftler von diesem Signal einer Verletzung überzeugt sindParität bleibt es möglich, dass die Unsicherheit in den zugrunde liegenden Messungen die Asymmetrie erklären könnte. Glücklicherweise könnten viel größere Galaxienproben von Teleskopen der nächsten Generation genügend Daten liefern, um diese Unsicherheiten in nur wenigen Jahren zu beseitigen. Wissenschaftler planen, diese neuen, zuverlässigeren Daten im Rahmen des Teleskopteams des Dark Energy Spectroscopic Instrument zu analysieren.
In einem symmetrischen Universum hätte es den Urknall gegebenErzeugen Sie gleiche Mengen an Materie und Antimaterie, die sich gegenseitig zerstören und den Kosmos ohne Sterne und Planeten zurücklassen würden. Da wir eindeutig im Universum existieren, haben Physiker lange nach Anzeichen einer Asymmetrie in der frühen Schöpfung gesucht.
Die Erkenntnisse der Wissenschaftler können noch nicht erklären, wieWir befanden uns in einem so kritischen Überfluss an Materie. Das „Wie“ erfordert eine neue Physik über das Standardmodell hinaus, das unser Universum erklärt. Neue Ergebnisse deuten jedoch stark darauf hin, dass es in den frühesten Momenten des Urknalls eine Asymmetrie gab.
Jetzt beginnt für Wissenschaftler der Wettlauf um die Entwicklung einer Theorie, die die Vorliebe für Spiegelbilder des Universums und den Überschuss an Materie erklären kann.
Die Ergebnisse der Studie wurden in zwei Artikeln veröffentlicht (erster, zweiter).
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Titelbild: Mitwirkende von MaxPixel| Quelle: https://www.maxpixel.net/photo-5944353