Een onderzoeksteam van natuurkundigen heeft ontdekt dat zwaartekracht in licht kan veranderen, maar alleen als dat zo is
Wat is het standaardmodel en hoe werkt het?
Het Standaardmodel is een moderne theoriestructuur en interacties van elementaire deeltjes, herhaaldelijk experimenteel getest. De theorie zelf is gebaseerd op een zeer klein aantal postulaten en maakt het mogelijk om theoretisch de eigenschappen van duizenden verschillende processen in de wereld van elementaire deeltjes te voorspellen. De moderne formulering werd voltooid in de jaren 2000 na experimentele bevestiging van het bestaan van quarks. Ze werd voorgesteld door drie wetenschappers en bevat in het bijzonder verklaringen voor het ontstaan van de massa van elementaire deeltjes binnen het raamwerk van het voorgestelde mechanisme van spontane symmetriebreking. door de Higgs.
Kenmerk van het model dat "de spelregels verandert"
Een van de kenmerken ervan is dathet verbiedt gewoonlijk de transformatie van massaloze deeltjes in massieve deeltjes. Terwijl deeltjes in het Standaardmodel voortdurend in elkaar transformeren door middel van verschillende reacties en processen, blijft het foton – de massaloze drager van licht – ‘zichzelf’. Maar als de omstandigheden goed zijn, is het mogelijk (bijvoorbeeld wanneer het interageert met een zwaar atoom) dat het spontaan kan splitsen en een elektron en een positron kan worden, wat massieve deeltjes zijn.
Zwaartekracht en zwart gat concept. Foto: nl.freepik.com
Dit idee inspireerde de auteurs van de nieuwe studie. Ze wilden begrijpen of de zwaartekracht zelf in andere deeltjes kon veranderen.
Idee validatie
Ja, er wordt meestal rekening gehouden met de zwaartekrachtin de context van de algemene relativiteitstheorie, volgens welke de bochten en krommingen van ruimte-tijd de beweging van deeltjes beïnvloeden. In dit geval is het heel moeilijk voor te stellen hoe het deeltjes kan creëren. De truc is dat de zwaartekracht kan worden bekeken via kwantumoptica. Bijvoorbeeld door het voor te stellen als een kracht gedragen door gravitonen. Hoewel het huidige beeld van de kwantumzwaartekracht verre van compleet is, is het bekend dat deze talloze onzichtbare deeltjes zich zullen gedragen als elk ander fundamenteel deeltje, inclusief potentieel transformerende deeltjes.
Om dit idee te testen, bestudeerden natuurkundigen de omstandighedenhet zeer vroege heelal – klein, heet en compact. Daar werden alle vormen van materie en energie vergroot tot onvoorstelbare schalen, veel groter dan zelfs onze krachtigste deeltjesbotsers kunnen bereiken.
Dat hebben wetenschappers ontdekt in dit conceptEen belangrijke rol wordt gespeeld door zwaartekrachtgolven: rimpelingen in het weefsel van ruimte-tijd die worden gegenereerd door botsingen tussen de zwaarste objecten in de ruimte. Ze zijn meestal erg zwak en kunnen een atoom over een afstand duwen die kleiner is dan de breedte van zijn eigen kern. (Eerder schreef Hi-Tech dat de zwaartekracht de zwakste van de vier hoofdkrachten is). Maar in het vroege heelal zouden golven veel sterker kunnen zijn, en dit zou alle processen en materie ernstig kunnen beïnvloeden.
Artist's impression van zwaartekrachtgolven. Afbeelding met dank aan R. Hurt/Caltech-JPL
“Deze vroege golven spatten heen en weer,van tijd tot tijd toeneemt”, legt Paul Sutter uit, een onderzoeksprofessor in de astrofysica aan de SUNY Stony Brook University en het Flatiron Institute in New York, die niet bij het onderzoek betrokken was. —Al het andere in het heelal zou worden opgevangen door de duw en trek van de golven, wat tot een resonantie-effect zou leiden. Zwaartekrachtgolven werkten als een pomp, waardoor materie keer op keer in dichte brokken werd geslagen.”
Waartoe zijn zwaartekrachtgolven in staat?
Zwaartekrachtgolven kunnen ook invloed hebbenaan het elektromagnetische veld. Omdat het rimpelingen in de ruimtetijd zelf zijn, zijn golven niet beperkt tot interacties met massieve objecten. Terwijl ze blijven pompen, bereikt de straling in het heelal extreem hoge energieën. Dit veroorzaakt uiteindelijk het spontane verschijnen van fotonen: de zwaartekracht zelf genereert licht.
Waar kwamen de wetenschappers op uit?
De onderzoekers ontdekten dat dit over het algemeen zo ishet proces is behoorlijk inefficiënt. Het vroege heelal breidde zich uit, dus standaardmodellen van zwaartekrachtgolven konden niet lang bestaan. Natuurkundigen hebben echter gezegd dat als het vroege heelal voldoende materie bevatte waardoor de snelheid van het licht zou afnemen (net zoals licht langzamer reist in lucht of water), de golven lang genoeg zouden zijn blijven hangen om stromen van extra fotonen te genereren.
Waarom is de nieuwe studie zo belangrijk?
Natuurkundigen begrijpen het nog niet helemaalde complexe, ingewikkelde fysica van de kosmische dageraad. Als de theorie van de wetenschappers echter klopt, zal het door de zwaartekracht gecreëerde licht vermoedelijk de vorming van materie en de evolutie van het heelal beïnvloeden. Dat is de reden waarom het bestuderen van alle gevolgen van dit verbazingwekkende proces zal leiden tot een revolutie in ons begrip van de vroegste momenten van onze wereld.
Lees verder:
Er was een foto in het op een na diepste zinkgat onder water ter wereld
Zie wat er met Mercurius gebeurde toen het zo dicht mogelijk bij de zon kwam
Wetenschappers zijn klaar om de nieuwe boom te erkennen als de oudste ter wereld
Op de omslag: Deze artist's impression toont twee sterrenstelsels in het vroege heelal. De heldere explosie links is een gammastraaluitbarsting.
Auteur: ESO/L. Calcada