物理学者の研究チームは、重力が光に変わる可能性があることを発見しました。
標準モデルとは何ですか? また、どのように機能しますか?
標準モデルは現代の理論です素粒子の構造と相互作用を実験的に繰り返し検証しました。理論自体は非常に少数の公準に基づいており、素粒子の世界における何千もの異なるプロセスの特性を理論的に予測することができます。この現代の公式は、クォークの存在が実験的に確認された後、2000 年代に完成しました。これは 3 人の科学者によって提案され、特に、提案された自発的対称性の破れのメカニズムの枠組み内での素粒子の塊の出現についての説明が含まれています。ヒッグス氏による。
「ゲームのルールを変える」モデルの特徴
その特徴の一つが、通常、質量のない粒子が質量のある粒子に変化することを禁止します。標準模型の粒子はさまざまな反応やプロセスを通じて常に相互に変化しますが、質量のない光の伝達体である光子は「それ自体のまま」です。しかし、条件が適切であれば（たとえば、重い原子と相互作用する場合）、自然に分裂して、重い粒子である電子と陽電子になる可能性があります。
重力とブラック ホールの概念。写真：en.freepik.com
このアイデアは、新しい研究の著者らにインスピレーションを与えました。彼らは、重力自体が他の粒子に変わることができるかどうかを理解したいと考えていました。
アイデアの検証
はい、通常は重力が考慮されます一般相対性理論の文脈では、時空の曲がりや曲率が粒子の動きに影響を与えるという理論です。この場合、粒子がどのように生成されるかを想像するのは非常に困難です。重要なのは、重力を量子光学を通して見ることができるということです。たとえば、重力子によって運ばれる力として表現します。量子重力の現在の全体像は完全には程遠いですが、これらの無数の目に見えない粒子は、潜在的に変形する粒子を含む他の基本粒子と同様に動作することが知られています。
この考えを検証するために、物理学者は条件を研究しました非常に初期の宇宙 - 小さく、熱く、密度が高い。そこでは、あらゆる形態の物質とエネルギーが想像を絶するスケールまで拡大され、最も強力な粒子衝突器でさえ達成できるものをはるかに超えていました。
科学者たちは、この概念において次のことを発見しました。重要な役割は重力波、つまり宇宙で最も重い物体同士の衝突によって生成される時空構造の波紋によって演じられます。通常、それらは非常に弱く、原子をその原子核の幅よりも短い距離に押し込むことができます。 (以前、ハイテック社は重力が 4 つの主要な力の中で最も弱いと書きました)。しかし、初期の宇宙では、波がさらに強くなる可能性があり、これはすべてのプロセスと物質に深刻な影響を与える可能性があります。
重力波のアーティストの印象。画像提供：R. Hurt/Caltech-JPL
「これらの初期の波は前後に跳ね返りました、ニューヨーク州ニューヨーク州ストーニーブルック大学とフラットアイアン研究所の天体物理学の研究教授で、この研究には関与していないポール・サッター氏は説明する。 —宇宙の他のすべてのものは波の押し引きによって捕らえられ、それが共鳴効果を引き起こすでしょう。重力波はポンプのように働き、物質を何度も高密度の塊に叩き込みました。」
重力波には何ができるのでしょうか?
重力波も影響する可能性がある電磁場に。波は時空そのものの波紋であるため、波は巨大な物体との相互作用に限定されません。励起を続けると、宇宙の放射線は非常に高いエネルギーに達します。これにより、最終的には光子の自発的な出現が引き起こされ、重力自体が光を生成します。
科学者たちは何を考え出したのでしょうか？
研究者らは、全体として、これがこのプロセスは非常に非効率的です。初期の宇宙は膨張していたので、重力波の標準モデルは長く存在できませんでした。しかし、物理学者らは、もし初期の宇宙に光の速度が遅くなるほどの物質が含まれていたとしたら（空気や水の中の光の移動が遅くなるのと同じように）、波は追加の光子の流れを生成するのに十分な長さまで残っていたであろう、と述べている。
新しい研究はなぜそれほど重要なのでしょうか?
物理学者はまだ完全には理解していない宇宙の夜明けの複雑で入り組んだ物理学。しかし、科学者の理論が正しければ、重力によって生み出された光はおそらく物質の形成と宇宙の進化に影響を与えることになるでしょう。だからこそ、この驚くべきプロセスのすべての結果を研究することは、私たちの世界の最も初期の瞬間についての理解に革命をもたらすでしょう。
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表紙: このアーティストの印象は、宇宙初期の 2 つの銀河を示しています。左側の明るい爆発はガンマ線バーストです。
著者: ESO/L.カルカダ