Parçacık fizikçilerinin ve kozmologların ortak hedefleri nelerdir?
Metin: Amanda Solliday
Tercüme: İkinci Hükümdar
Parçacık fiziği alanında bilim adamları, her şeyi oluşturan en küçük madde biriminin özelliklerini ve aralarındaki etkileşimi inceler. Fiziğin diğer dalı olan astrofizik, geniş evrende meydana gelen her şeyi tanımlayan teoriler yaratmaya ve test etmeye odaklanıyor.
Parçacık fiziği ve astrofizikçiler iki farklı aşırı fenomenle ilgileniyor gibi görünüyor, ancak bu iki alandaki bilim adamlarının aslında birbirlerine güvenmeleri gerekiyor. İkisini birbirine bağlayan birçok modern çalışma var.
Evrenin tohumları
Hem parçacık fizikçileri hem de astrofizikçiler, erken evrenin nasıl büyüdüğünü ve evrimleştiğini soruyorlar.
Eva Silverstein, Stanford Üniversitesi'nde fizik profesörüdür ve her zaman evrenin ilk günlerinde yaşanan hızlı bir genişlemenin matematiksel ayrıntılarını hesaplar.Bu hızlı büyüme dönemine evren şişmesi denir. Silverstein, "Benim için bu çok ilginç bir konu çünkü evrendeki yapının kökenini anlayabilirsiniz. Enflasyon teorisi, fizikçilerin yapının kökenini açıklamak için hayal edebileceği en basit ve en güzel modeldir."
Erken evren, kozmik enflasyon (Enflasyon) adı verilen üstel bir genişleme yaşadı.
Bilim adamları, Büyük Patlama'dan sonra evrenin yavaş yavaş soğuduğuna ve parçacıkların hidrojen atomları oluşturmak için birleşmeye başladığına inanıyor. Bu işlem, daha önce hapsolmuş fotonları, yani ışığı oluşturan temel parçacıkları serbest bırakır.
Mikrodalga arka plan radyasyonu adı verilen bu ışığın sonradan parlaması bugün hala evrenin her yerinde. Bilim adamları, Big Bang'den hemen sonra ne olduğunu incelemek için mikrodalga arka plan radyasyonunun farklı özelliklerini ölçüyorlar.
Mevcut modele göre, ilk olarak atom altı ölçekte oluşan model, sonunda tüm evren yapısının temeli haline geldi. Yoğun atom altı parçacıklara sahip alanlar giderek daha fazla maddeyi çekecek. Evren yavaş yavaş büyüdükçe, bu yoğun bölgeler galaksiler ve galaksi kümeleri oluşturacak. En küçüğünden en büyüğüne.
Ancak bilim adamları, mikrodalga arka plan radyasyonunu yalnızca evrenin nasıl büyüdüğünü incelemek için değil, karanlık madde, karanlık enerji ve nötrino kütlesi hakkında ipuçları aramak gibi daha fazlasını öğrenmek istiyorlar.
Silverstein, "Yaklaşık 13,8 milyar yıl önce olanları keşfedebilmek harika. Her şeyi ayrıntılı olarak anlayamasak da, evrendeki madde ve etkileşim hakkında birçok ayrıntıyı hala kavrayabiliriz." Dedi.
Teorik fizikçi Stephen Weinberg "İlk Üç Dakika" da şöyle yazdı: "Evrenin tarihinin başlangıcına kadar iz sürme arzusu, birçok bilim insanı için karşı konulamaz bir motivasyondur." Nobel Ödülü sahibi şunları ekledi: "Modern bilimin başlangıcı 16. ve 17. yüzyıllardan beri, fizikçiler ve astronomlar evrenin kökenine defalarca geri döndüler. "
Karanlıkta ara
Hem parçacık fizikçileri hem de astrofizikçiler karanlık madde ve karanlık enerji hakkında düşünüyorlar. Astrofizikçilerin bilmek istedikleri, erken evreni neyin oluşturduğu ve mevcut evreni neyin oluşturduğudur. Parçacık fizikçilerinin bilmek istediği şey, evrende bizim aramamızı bekleyen hâlâ keşfedilmemiş parçacıkların ve kuvvetlerin olup olmadığıdır.
SLAC Teorik Fizik Profesörü Michael Peskin şunları söyledi: "Karanlık madde, evreni oluşturan maddenin büyük bir kısmından sorumludur, ancak parçacık fiziğinin standart modelinde, karanlık madde özelliklerine sahip bilinen bir parçacık yoktur. Karanlık madde arasındaki etkileşim çok fazladır. Zayıf, çok büyükler, yavaş hareket ediyorlar ve evrenin yaşamı boyunca oldukça kararlılar. "
Karanlık maddenin varlığının kanıtı, galaksilerdeki ve galaksi gruplarındaki sıradan maddeler üzerindeki kütleçekimsel etkisiyle yansıtılabilir. Bu gözlemlerin sonuçları, evrenin yaklaşık olarak% 4,9 normal madde,% 26,8 karanlık madde ve% 68,3 karanlık enerjiden oluştuğunu göstermektedir. Ancak şu ana kadar bilim adamları, karanlık enerjiyi ve karanlık maddeyi doğrudan gözlemleyemediler.
Evrenin bileşimi. (Resim kaynağı: Naukas.com)
Peskin, "Bu, parçacık fiziği alanındaki en utanç verici şeydir. Evrende ne kadar atomik madde görülürse görünsün, buna karşılık olarak beş kat daha fazla karanlık madde vardır, ancak bunların ne olduğunu bilmiyoruz."
Ancak bilim insanlarının bu bilinmeyenleri keşfetmemize yardımcı olacak güçlü araçları var. SLAC te teori grubu başkanı ve kıdemli bir bilim adamı olan Tom Rizzo, son birkaç yılda, farklı tespit yöntemlerinin sayısındaki artışla birlikte, karanlık maddeyi açıklayan modellerin sayısının da arttığını söyledi.
Bazı deneyler, dedektördeki madde parçacıklarıyla çarpışan karanlık madde parçacıkları gibi karanlık maddenin varlığına dair doğrudan kanıt bulmaya çalışır. Başka bir grup insan, karanlık madde parçacıklarının diğer süreçlere karışması veya kozmik mikrodalga arka planda saklanması gibi bazı dolaylı kanıtlarla karanlık maddenin varlığını doğrulamak istiyor. Karanlık maddenin özellikleri doğruysa, bilim adamları onu Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) gibi bir parçacık hızlandırıcıda yaratabilirler.
Fizikçiler ayrıca aktif olarak karanlık enerji belirtileri arıyorlar. Evrendeki en uzak mesafedeki galaksi kümelerinin hareketini gözlemleyerek karanlık enerjinin doğasını ölçebiliriz.
Brandeis Üniversitesi'nde profesör ve Dark Energy Sky Survey araştırmacısı Marcelle Soares-Santos şunları söyledi: "Her yeni algılama teknolojisi üretildiğinde, birçok sürpriz getirecek. Evreni daha iyi gözlemlemek için bu yeni yöntemleri kullanabiliriz. Kozmoloji ve fiziğin diğer alanları hakkında bilgi edinin. "
Kuvvetin rolü
Parçacık fizikçileri ve astrofizikçilerin de ortak bir ilgi alanı var, bu da yerçekimi çalışması. Parçacık fizikçileri için yerçekimi, doğada Standart Modelin iyi açıklayamayacağı temel bir kuvvettir. Astrofizikçilerin anlamak istediği şey, evrenin oluşumunda yerçekiminin rolüdür.
Standart Modelde her kuvvetin, elektromanyetik kuvvetteki fotonlar, güçlü kuvvetteki gluonlar ve zayıf kuvvetteki W ve Z bozonları gibi kuvvet taşıyan parçacıklar veya bozonlar vardır. Parçacıklar kuvvet yoluyla etkileşime girdiğinde, bu kuvvet taşıyan parçacıkları değiştirirler ve kuantum adı verilen az miktarda bilgiyi aktarırlar.Bilim adamları bu etkileri tanımlamak için kuantum mekaniğini kullanırlar.
Evrende bilinen dört temel etkileşim. Soldan sağa: Yüklü parçacıklar arasında hareket etme Elektromanyetik güç ; Radyoaktif fenomeni sınırlandırma Zayıf nükleer güç Güçlü nükleer güç Proton ve nötronların birbirine sıkıca bağlanmasından sorumludur; yerçekimsel Eylemi altında elma yere düşecek, dünya güneşin etrafında dönecek ve galaksi dağılmayacaktır. (Resim kaynağı: Maharishi University of Management)
Genel görelilik, yerçekiminin büyük ölçekte nasıl çalıştığını açıklar: Dünya bedenlerimizi çekecek ve gezegensel nesneler birbirini çekecek. Ancak yerçekiminin kuantum parçacıkları aracılığıyla nasıl çalıştığı hala bir muamma.
Yerçekimini aktaran atom altı kuvvet taşıyan bir parçacığın keşfi, yerçekiminin işleyişini mikroskobik ölçekte açıklamaya yardımcı olacak ve fizikçilere genel göreliliği kuantum mekaniğiyle birleştiren bir kuantum yerçekimi teorisi geliştirmeleri için ilham verecek.
Diğer temel etkileşim kuvvetleri ile karşılaştırıldığında, yerçekimi ve madde arasındaki etkileşim çok zayıftır, ancak enerjinin artmasıyla eylemin yoğunluğu hızla artacaktır. Teorisyenler, evrenin başlangıcında ortaya çıkan aşırı yüksek enerjiler altında, kuantum yerçekimi etkisinin diğer kuvvetlerle karşılaştırılabilir olduğunu tahmin ediyorlar. Yerçekimi, evrenin mikrodalga arkaplanının küçük ölçekli modundan mevcut büyük ölçekli moda geçişinde önemli bir rol oynadı.
Evrenin ilk günlerinde, enerjinin yeterince yüksek olduğu zamanlarda, yerçekimi de diğer üç temel kuvvet ile bir çerçeve içinde birleştirilebilir. (Resim kaynağı: ABCC Avustralya 2015)
Yerçekimi anlayışımız, aynı zamanda karanlık maddeyi araştırmanın anahtarıdır. Bazı bilim adamları karanlık maddenin var olmadığına inanıyorlar ve şimdiye kadar keşfettiğimiz kanıtların aslında sadece bir işaret olduğuna inanıyorlar - yerçekimi hakkında yeterince bilgimiz yok.
Büyük fikirler, küçük detaylar
Yerçekimi hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak bize karanlık evren hakkında daha fazla bilgi verebilir, bu da evrenin orijinal yapısının nasıl oluştuğuna dair yeni anlayışları ortaya çıkarabilir.
Peskin, bilim adamlarının parçacık fiziği ile erken evren arasında "kapalı bir döngü" oluşturmaya çalıştıklarını söyledi. Bilim adamları uzayı daha fazla keşfedip daha uzak geçmişe döndükçe, yüksek enerji altında fizik yasaları hakkında daha fazla bilgi edinebilirler ve bu aynı zamanda dünyadaki her şeyi oluşturan en küçük bileşenleri daha derinlemesine anlamamızı sağlar.
Düzenleme: zkai
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
