Увидеть последствия Большого взрыва в лабораторном эксперименте

Физики воссоздали параметры реликтового излучения в лабораторной модели Большого взрыва – с помощью ультрахолодных атомов цезия в вакуумной камере. «Это первый эксперимент по моделировании эволюции структур ранней Вселенной», – заявил Чэн Чинь (Cheng Chin), профессор физики Чикагского университета.

Реликтовое излучение, или космическое микроволновое фоновое излучение – это «эхо» Большого взрыва.

Главные измерения реликтового фона были осуществлены в 1990-е годы спутником Cosmic Background Explorer (COBE), а позже – космическим аппаратом WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) и рядом наземных обсерваторий. Эти инструменты подарили космологам «моментальный снимок» Вселенной, какой она была спустя примерно 380,000 лет после Большого взрыва.

Оказывается, что при определенных условиях облако атомов, охлажденных до одной миллиардной кельвина (-272,7°С) в вакуумной камере демонстрирует те же процессы, что происходили после Большого взрыва, заявил соавтор исследования Чэнь-Лун Хун (Chen-Lung Hung) из Калифорнийского технологического института.

«При сверхнизких температурах атомы возбуждаются коллективно. Они ведут себя как звуковые волны в воздухе».

Плотная «смесь» материи и излучения в ранней Вселенной порождала такое же возбуждение звуковых волн (как показали наблюдения COBE и WMAP).

Внезапное инфляционное расширение Вселенной привело к флуктуациям («ряби») в пространстве-времени. Большой взрыв, грубо говоря, можно представить себе как настоящий взрыв, порождающий мощный звук. Звуковые волны начали взаимодействовать друг с другом, образуя сложные структуры.

«Именно так появилась сложность, которую мы наблюдаем во Вселенной», – утверждает Чинь.

Эти возбуждения волн называются барионными акустическими осцилляциями (или сахаровскими – в честь Андрея Сахарова, теоретические предсказавшего их существование в 1965 году). Именно для воссоздания БАО группа Чиня охладила плоское гладкое облако из примерно 10,000 атомов цезия до одной миллиардной кельвина, образовав экзотическое состояние материи, известное как двухмерная атомная сверхтекучая жидкость.

Потом ученые запустили процесс «подавления», контролирующий силу взаимодействий между атомами в облаке. Выяснилось, что

внезапное ослабление или усиление взаимодействий генерирует сахаровские акустические осцилляции.

Модель Вселенной из лаборатории Чиня в диаметре составляла не более 70 микронов – примерно как волос человека. Но значение имеет не абсолютный размер «Вселенной», а ее соотношение со шкалой длин, управляющей физикой сахаровских осцилляций.

«Вселенной потребовалось 380,000 лет для эволюции в то состояние, которое мы видим по реликтовому излучению», – говорит Чинь. А в ходе эксперимента аналогичные условия были созданы за 10 миллисекунд.

Как заметил Хун, сахаровские осцилляции являются великолепным инструментом для «прощупывания» свойств космической жидкости в ранней Вселенной. Астрономические карты реликтового фона – это лишь снимок Вселенной в определенный момент ее истории.

«Мы не видим ни что случилось до, ни что произошло после. Наш эксперимент же позволяет всю эволюцию сахаровских осцилляций, меняя исходные условия или степень взаимодействия атомов», – заявил Чинь.

Чинь и Хун собираются продолжать эксперименты с ультрахолодными атомами, моделируя образование галактик или даже, возможно, динамику черных дыр.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.3 (6 votes)
Источник(и):

1. nauka21vek.ru