Vele generaties wetenschappers waren ervan overtuigd dat de natuurwetten absoluut symmetrisch waren. Symmetrie zelf is dat wel
Astronomen van de Universiteit van Florida hebben dit ontdekthet eerste bewijs van de noodzakelijke breuk van de symmetrie op het moment van de schepping. Ze ontdekten dat het heelal op een gegeven moment de voorkeur gaf aan één reeks vormen boven hun spiegelbeelden - er vond een schending van de symmetrie plaats. Volgens dit concept was er een zeer korte tijd in de geschiedenis van ons heelal waarin de wetten van de natuurkunde heel anders waren dan nu, en dit had enorme gevolgen voor de evolutie van het heelal.
Als gevolg hiervan trokken wetenschappers twee hoofdconclusies:Ten eerste zou deze pariteitsschending alleen toekomstige sterrenstelsels kunnen beïnvloeden tijdens een periode van extreme inflatie in de vroegste momenten van het universum, wat een centraal onderdeel van de oerknaltheorie over de oorsprong van de kosmos bevestigt.
Ten tweede is er ook sprake van pariteitsschendingzou helpen bij het beantwoorden van misschien wel de belangrijkste vraag in de kosmologie: waarom überhaupt iets bestaat. Dit komt omdat pariteitsschending nodig is om te verklaren waarom er meer materie is dan antimaterie. Dit is een belangrijke voorwaarde voor de vorming van sterrenstelsels, sterren, planeten en leven.
“Ik ben altijd geïnteresseerd geweest in grote vragenover het heelal. Wat is het begin van het heelal? Volgens welke regels ontwikkelt het zich? Waarom is er iets en niet niets? Dit werk richt zich op deze belangrijke vragen”, legt Zachary Slepian uit, hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Florida die het nieuwe onderzoek leidde.
Het idee achter pariteitssymmetrie is dat de vergelijkingennatuurkundigen zijn onveranderlijk onder spiegelinversie. Dit leidt tot de voorspelling dat het spiegelbeeld van een reactie (zoals een chemische reactie of radioactief verval) op dezelfde manier verloopt als de reactie zelf. Wetenschappers gebruiken gewoonlijk de term handigheid om deze eigenschap te beschrijven. Onze linker- en rechterhand zijn spiegelbeelden van elkaar (voorwaardelijk). Het is onmogelijk om de linkerhand in drie dimensies te draaien zodat deze op de rechterhand lijkt, wat betekent dat ze altijd uit elkaar kunnen worden gehouden.
Het doorbreken van de symmetrie zou dat betekenenHet universum geeft de voorkeur aan een ‘linkshandige’ of een ‘rechtshandige’ vorm. Om handigheid te begrijpen, oftewel de kant die het heelal heeft gekozen, hebben wetenschappers alle mogelijke combinaties bedacht van vier sterrenstelsels die met elkaar verbonden zijn door denkbeeldige lijnen in de ruimte. Ze creëerden een driedimensionaal object – een tetraëder die lijkt op een gebogen piramide – de eenvoudigste vorm met een spiegelbeeld. Ze identificeerden rechtshandige en linkshandige galactische tetraëders op basis van hoe de sterrenstelsels in deze denkbeeldige vormen verwant waren aan hun dichtstbijzijnde en verste ‘partners’.
Om dit te doen, moesten wetenschappers analyserenbiljoenen denkbeeldige tetraëders voor elk van de miljoenen sterrenstelsels, dat is een enorm aantal combinaties. “Uiteindelijk beseften we dat we nieuwe wiskunde nodig hadden”, schrijven de wetenschappers.
Dus ontwikkelden ze complexe wiskundeformules die het mogelijk maakten om in een redelijke tijd grote berekeningen uit te voeren. Dit vergde nog steeds veel rekenkracht. Hiervoor gebruikten wetenschappers de supercomputer HiPerGator.
Vanwege technische aspecten van analyse is dit moeilijkzeggen of het heelal “rechtshandige” of “linkshandige” vormen “kiest”, maar wetenschappers hebben duidelijk bewijs waargenomen dat de kosmos inderdaad voorkeuren heeft. De betrouwbaarheid van de bevindingen was zeven sigma. In de natuurkunde wordt een resultaat met een sigmawaarde van vijf of hoger doorgaans als betrouwbaar beschouwd omdat de kans op een willekeurig resultaat op dit niveau te klein is.
Hoewel wetenschappers vertrouwen hebben in dit signaal van overtredingpariteit blijft het mogelijk dat onzekerheid in de onderliggende metingen de asymmetrie zou kunnen verklaren. Gelukkig kunnen veel grotere monsters van sterrenstelsels van telescopen van de volgende generatie voldoende gegevens opleveren om deze onzekerheden binnen een paar jaar op te lossen. Wetenschappers zijn van plan deze nieuwe, betrouwbaardere gegevens te analyseren als onderdeel van het telescoopteam Dark Energy Spectroscopic Instrument.
In een symmetrisch heelal zou de oerknal dat wel hebben gedaancreëren gelijke hoeveelheden materie en antimaterie, die elkaar zouden vernietigen en de kosmos zonder sterren en planeten zouden achterlaten. Omdat we duidelijk in het heelal bestaan, hebben natuurkundigen lang gezocht naar tekenen van asymmetrie in de vroege schepping.
De bevindingen van wetenschappers kunnen nog niet verklaren hoewe bevonden ons met zo’n kritische overvloed aan materie. Het ‘hoe’ zal nieuwe natuurkunde vereisen die verder gaat dan het Standaardmodel, dat ons universum verklaart. Maar nieuwe resultaten suggereren sterk dat er sprake was van een asymmetrie in de vroegste momenten van de oerknal.
Nu begint de race voor wetenschappers om een theorie te creëren die de voorkeur voor spiegelbeelden van het heelal en de overvloed aan materie kan verklaren.
De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in twee artikelen (eerste, tweede).
Lees verder:
Oudste Cyrillische tekst ooit gevonden
"Webb" vond sporen van ongelooflijk grote sterren: ze stierven aan het begin van het universum
Vreemde geluiden opgenomen in de stratosfeer van de aarde: hoe wetenschappers hun aard proberen te begrijpen
Omslagillustratie: bijdragers van MaxPixel| Bron: https://www.maxpixel.net/photo-5944353