צוות מחקר של פיזיקאים גילה שכוח הכבידה יכול להפוך לאור, אבל רק אם
מהו המודל הסטנדרטי וכיצד הוא פועל?
המודל הסטנדרטי הוא תיאוריה מודרניתמבנה ואינטראקציות של חלקיקים יסודיים, שנבדקו שוב ושוב בניסוי. התיאוריה עצמה מבוססת על מספר קטן מאוד של הנחות ומאפשרת לחזות תיאורטית את תכונותיהם של אלפי תהליכים שונים בעולם החלקיקים היסודיים. הניסוח המודרני הושלם בשנות ה-2000 לאחר אישור ניסיוני לקיומם של קווארקים. הוא הוצע על ידי שלושה מדענים ומכיל, במיוחד, הסברים להופעתה של המסה של חלקיקים אלמנטריים במסגרת מנגנון שבירת הסימטריה הספונטנית המוצעת. על ידי ההיגס.
תכונה של הדגם ש"משנה את כללי המשחק"
אחת התכונות שלו היא זהזה בדרך כלל אוסר על הפיכת חלקיקים חסרי מסה לחלקיקים מסיביים. בעוד שחלקיקים במודל הסטנדרטי הופכים כל הזמן זה לזה באמצעות תגובות ותהליכים שונים, הפוטון - נושא האור חסר המסה - "נשאר בעצמו". אבל, אם התנאים נכונים, זה אפשרי (למשל, כאשר הוא יוצר אינטראקציה עם אטום כבד), הוא יכול להתפצל באופן ספונטני ולהפוך לאלקטרון ולפוזיטרון, שהם חלקיקים מסיביים.
קונספט כוח משיכה וחור שחור. צילום: en.freepik.com
רעיון זה נתן השראה למחברי המחקר החדש. הם רצו להבין האם כוח הכבידה עצמו יכול להפוך לחלקיקים אחרים.
אימות רעיון
כן, כבידה נחשבת בדרך כללבהקשר של תורת היחסות הכללית, לפיה הכיפופים והעקמומיות של המרחב-זמן משפיעים על תנועת החלקיקים. במקרה זה, קשה מאוד לדמיין כיצד הוא יכול ליצור חלקיקים. החוכמה היא שניתן לראות את כוח המשיכה דרך אופטיקה קוונטית. לדוגמה, מייצג אותו ככוח הנישא על ידי גרביטונים. למרות שהתמונה הנוכחית של כוח הכבידה הקוונטי רחוקה מלהיות שלמה, ידוע כי אין ספור חלקיקים בלתי נראים אלה יתנהגו כמו כל חלקיק יסודי אחר, כולל חלקיקים בעלי פוטנציאל שינוי.
כדי לבדוק את הרעיון הזה, פיזיקאים חקרו את התנאיםהיקום המוקדם מאוד - קטן, חם וצפוף. שם, כל צורות החומר והאנרגיה הוגדלו לקנה מידה בלתי נתפס, הרבה יותר ממה שאפילו מתנגשי החלקיקים החזקים ביותר שלנו יכולים להשיג.
מדענים גילו את זה במושג הזהתפקיד חשוב ממלאים גלי כבידה - אדוות במרקם המרחב-זמן הנוצרים מהתנגשויות בין העצמים המאסיביים ביותר בחלל. הם בדרך כלל חלשים מאוד ומסוגלים לדחוף אטום למרחק פחות מרוחב הגרעין שלו. (קודם לכן כתב הייטק שכוח המשיכה הוא החלש מבין ארבעת הכוחות העיקריים). אבל ביקום המוקדם, גלים יכולים להיות הרבה יותר חזקים, וזה יכול להשפיע ברצינות על כל התהליכים והחומר.
התרשמות האמן מגלי כבידה. התמונה באדיבות R. Hurt/Caltech-JPL
"הגלים המוקדמים האלה ניתזו קדימה ואחורה,עולה מעת לעת", מסביר פול סאטר, פרופסור מחקר לאסטרופיזיקה באוניברסיטת SUNY Stony Brook ובמכון Flatiron בניו יורק, שלא היה מעורב במחקר. - כל השאר ביקום ייתפס על ידי דחיפה ומשיכה של הגלים, מה שיוביל לאפקט תהודה. גלי כבידה פעלו כמו משאבה, שוב ושוב והפילו חומר לגושים צפופים".
למה מסוגלים גלי כבידה?
גלי כבידה יכולים גם להשפיעלשדה האלקטרומגנטי. מכיוון שהם אדוות במרחב הזמן עצמו, גלים אינם מוגבלים לאינטראקציות עם עצמים מסיביים. כשהם ממשיכים לשאוב, הקרינה ביקום מגיעה לאנרגיות גבוהות במיוחד. זה גורם בסופו של דבר להופעה ספונטנית של פוטונים: כוח הכבידה עצמו מייצר אור.
למה הגיעו המדענים?
החוקרים גילו שבסך הכל, זההתהליך די לא יעיל. היקום המוקדם התרחב, כך שמודלים סטנדרטיים של גלי כבידה לא יכלו להתקיים לאורך זמן. עם זאת, פיזיקאים אמרו שאם היקום המוקדם הכיל מספיק חומר כדי שמהירות האור תאט (בדיוק כפי שהאור נע לאט יותר באוויר או במים), הגלים היו מתעכבים מספיק זמן כדי ליצור זרמים של פוטונים נוספים.
מדוע המחקר החדש כל כך חשוב?
הפיזיקאים עדיין לא מבינים לגמריהפיזיקה המורכבת והמורכבת של השחר הקוסמי. עם זאת, אם התיאוריה של המדענים נכונה, אזי האור שנוצר על ידי כוח הכבידה ישפיע ככל הנראה על היווצרות החומר ועל התפתחות היקום. לכן לימוד כל ההשלכות של התהליך המדהים הזה יוביל למהפכה בהבנתנו את הרגעים המוקדמים ביותר של עולמנו.
קרא עוד:
היה צילום בתוך הבולען התת-ימי השני בעומקו בעולם
ראה מה קרה למרקורי כשהגיע הכי קרוב שאפשר לשמש
מדענים מוכנים לזהות את העץ החדש כעתיק בעולם
על הכריכה: ההתרשמות של האמן מציגה שתי גלקסיות ביקום המוקדם הפיצוץ הבהיר משמאל הוא התפרצות של קרני גמא.
מחבר: ESO/L. קלקאדה