Мельчайшие частицы и необъятность Вселенной связаны

С другой стороны, элементарные частицы — это самый маленький объект, изучаемый физиками. Стандартная модель физики элементарных частиц (СМ) была создана 50 лет назад, описывая все известные частицы и их взаимодействия.

Связаны ли распределения плотности огромной Вселенной и природа мельчайших частиц? В недавнем исследовании ученые из HKUST и Гарвардского университета обнаружили связь между этими двумя аспектами и утверждали, что нашу Вселенную можно использовать в качестве «коллайдера» физики элементарных частиц для изучения физики частиц высоких энергий.

Их открытия знаменуют собой первый шаг в феноменологии космологического коллайдера и открывают путь к будущим открытиям новой физики, еще неизвестной человечеству.Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters 29 июня 2017 года.«Текущие наблюдения космологического микроволнового фона и крупномасштабных структур достигли впечатляющей точности, из которой может быть извлечена ценная информация о первичных возмущениях плотности», — сказал И Ван, соавтор статьи и доцент кафедры физики HKUST. «Тщательное изучение этого фона СМ было бы предпосылкой для использования космологического коллайдера для исследования любой новой физики, и любой сигнал наблюдений, который отклоняется от этого фона, будет тогда признаком физики за пределами СМ».

Команда выполнила двухэтапную задачу по разработке предыстории модели SM. Первым шагом было вычисление спектра СМ во время инфляции, который оказался кардинально отличным от полученного из расчета физики элементарных частиц в плоском пространстве. Второй — выяснить, как поля СМ входят в космологические корреляционные функции плотности.«Так же, как линейный узор света, который вы видите при наблюдении за ртутной лампой через спектрометр, распределение масс элементарных частиц в СМ также представляет собой особый узор или« спектр масс », который можно рассматривать как отпечаток пальца.

SM, — объяснил Чжун-Чжи Сяньюй, соавтор и физик из Центра математических наук и приложений Гарвардского университета, — однако этот отпечаток пальца может измениться, если мы изменим окружающие условия. Так же, как меняется спектр света при нанесении При сильном магнитном поле к лампе спектр частиц СМ оказывается очень отличным во время инфляции от его сейчас из-за инфляционного фона ». Команда тщательно изучила все эффекты от инфляции и показала, как будет выглядеть спектр масс SM для различных моделей инфляции.«Благодаря инфляции спектр элементарных частиц закодирован в статистике распределения содержимого Вселенной, такого как галактики и космический микроволновый фон, которые мы наблюдаем сегодня», — объясняет Синган Чен, соавтор и ученый в Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики. «Это связь между самым маленьким и самым большим».Многие проблемы в этом направлении еще предстоит изучить. «В нашей минимальной установке частицы Стандартной модели довольно слабо взаимодействуют с инфлатоном (движущей силой инфляции).

Но если некоторые новые частицы могут опосредовать более сильные взаимодействия между этими двумя секторами, мы ожидаем увидеть более сильный сигнал новой физики, "сказал Ван. «Космологический коллайдер — идеальная арена для новой физики за пределами СМ».

Портал обо всем