何世代にもわたる科学者は、物理法則は完全に対称であると確信していました。対称性自体は
フロリダ大学の天文学者が発見創造の瞬間に必然的に対称性が破れたことの最初の証拠。彼らは、宇宙がある時点で、鏡像よりも一組の形状を好むこと、つまり対称性の違反が発生したことを発見しました。この概念によれば、私たちの宇宙の歴史には、物理法則が現在とは非常に異なっていた非常に短い期間があり、これが宇宙の進化に多大な影響を及ぼしました。
その結果、科学者たちは次の 2 つの主な結論を導き出しました。第一に、このパリティ違反は、宇宙の初期の瞬間における極度のインフレーションの期間中にのみ将来の銀河に影響を与える可能性があり、宇宙の起源に関するビッグバン理論の中心的な要素を裏付けています。
次に、パリティ違反も同様です。おそらく宇宙論で最も重要な疑問、つまりなぜ何かが存在するのかという疑問に答えるのに役立つだろう。なぜなら、反物質よりも物質のほうが多い理由を説明するにはパリティ違反が必要だからです。これは、銀河、星、惑星、生命がそのような形を形成するための重要な条件です。
「私はいつも大きな疑問に興味がありました宇宙について。宇宙の始まりとは何でしょうか？それはどのような法則に従って開発されているのでしょうか？なぜ何もなくて何かがあるのでしょうか？この研究はこれらの重要な疑問に対処します」と、新しい研究を主導したフロリダ大学の天文学教授ザカリー・スレピアンは説明します。
パリティ対称性の背後にある考え方は、次の方程式です。物理学者はミラー反転の下では不変です。これは、反応 (化学反応や放射性崩壊など) の鏡像が反応自体と同じように起こるという予測につながります。科学者は一般に、この特性を説明するために利き手という用語を使用します。私たちの左手と右手は（条件付きで）互いの鏡像です。左手を三次元的に回転させて右手のように見せることは不可能であり、常に区別できることを意味します。
対称性の破れは次のことを意味します宇宙は「左巻き」か「右巻き」のどちらかの形状を好みます。利き手、つまり宇宙がどちら側を選んだのかを理解するために、科学者たちは空間内の想像上の線で結ばれた 4 つの銀河のあらゆる組み合わせを想像しました。彼らは、鏡像を持つ最も単純な形状である、湾曲したピラミッドに似た四面体である 3 次元のオブジェクトを作成しました。彼らは、銀河がこれらの想像上の形状の最も近いおよび最も遠い「パートナー」とどのように関係しているかに基づいて、右巻きと左巻きの銀河四面体を識別しました。
これを行うには、科学者は分析する必要がありました何百万もの銀河のそれぞれに数兆の想像上の四面体があり、これは膨大な数の組み合わせです。 「最終的に、私たちは新しい数学が必要であることに気づきました」と科学者たちは書いています。
そこで彼らは複雑な数学を開発しました膨大な計算を妥当な時間内で実行できるようにした数式。これには依然として大量の計算能力が必要でした。このために、科学者は HiPerGator スーパーコンピューターを使用しました。
分析の技術的側面により困難です宇宙が「右巻き」か「左巻き」のどちらの形を「選択」しているかについては、科学者たちは宇宙には好みがあるという明確な証拠を観察しています。結果の信頼性は 7 シグマでした。物理学では、シグマ値が 5 以上の結果は、このレベルでのランダムな結果の確率が小さすぎるため、通常は信頼できると見なされます。
科学者たちはこの違反の兆候に確信を持っていますが、パリティであるとしても、基礎となる測定値の不確実性が非対称性を説明できる可能性は依然として残っています。幸いなことに、次世代望遠鏡からの銀河のより大規模なサンプルは、わずか数年でこれらの不確実性を解決するのに十分なデータを提供する可能性があります。科学者たちは、ダークエネルギー分光器望遠鏡チームの一員として、この新しい、より信頼性の高いデータを分析する予定です。
対称的な宇宙では、ビッグバンは次のようになります。私たちが宇宙に存在していることは明らかなので、物理学者は長い間、初期の創造における非対称性の兆候を探してきました。
科学者の発見ではまだその仕組みを説明できていない私たちは、非常に豊富な物質を抱えていることに気づきました。その「方法」には、私たちの宇宙を説明する標準模型を超えた新しい物理学が必要になります。しかし、新しい結果は、ビッグバンの初期の瞬間に非対称性があったことを強く示唆しています。
今、科学者たちは、宇宙の鏡像の好みと物質の過剰を説明できる理論を構築する競争が始まっています。
研究結果は 2 つの論文 (第 1 回、第 2 回) で発表されました。
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カバーイラスト: MaxPixel の寄稿者| 出典: https://www.maxpixel.net/photo-5944353