Ultimátní přístroj: Vědci vytvořili urychlovač částic z celého vesmíru  
Důvtipný trik fyziků využívá největší struktury ve vesmíru a nabízí nové pohledy na výzkum elementárních částic.
Jaká byla kosmologická inflace? Kredit: CC0 Public Domain.
Jaká byla kosmologická inflace? Kredit: CC0 Public Domain.

Velký hadronový srážeč LHC v CERNu není špatný. Má už na svém kontě nějaké ty zajímavé objevy. Co kdybychom ale jako „přírodní“ urychlovač částic využili něco mnohem, ale vážně mnohem většího? Xingang Chen z centra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) a jeho spolupracovníci ponechali stranou skromnost a jako urychlovač částic použili hned celý známý vesmír.

 

Xingang Chen. Kredit: Harvard University.
Xingang Chen.
Kredit: Harvard University.

Jde samozřejmě o nadsázku, ale vlastně jen malou. Je to každopádně pozoruhodný nápad. Chenův tým propojil strukturu vesmíru v těch největších měřítcích, kterou mimo jiné vyjadřuje i pozorované mikrovlnné reliktní záření, s těmi nejmenšími objekty vesmíru – elementárními částicemi, jimiž se obvykle zabývají fyzici na svých pozemských urychlovačích.

 

Co zatím víme, tak jejich vesmírný urychlovač vypálil jen jednou. Byla to tehdy ale pořádná jízda. Chen a spol. totiž propojili velké struktury vesmíru s elementárními částicemi prostřednictvím kosmologické inflace. Tato inflace je dnes nejvíce přijímanou teorií o tom, co následovalo bezprostředně po Velkém třesku. Zlomek sekundy po svém vzniku ve víru singularity se vesmír díky kosmologické inflaci extrémně nafoukl.

 

Neznáme detaily a samotný proces inflace, natož jeho příčiny, jsou pro nás stále velkou neznámou. Ale nejspíš se shodneme, že to tehdy musel být naprosto zběsile energetický proces, při němž podle všeho překotně vznikaly, srážely se a zase zanikaly rozmanité částice. Něco podobného se přitom děje v pozemských urychlovačích, i když jejich energie jsou v porovnání s kosmologickou inflací úplně k smíchu.

 

Kosmologický urychlovač. Kredit: Paul Shellard.
Kosmologický urychlovač. Kredit: Paul Shellard.

Když fyzici používají své urychlovače, tak mají k dispozici důmyslné metody a přístroje, které jim umožňují odečítat výsledky divokých srážek částic. Je ale otázkou, jak bychom měli číst data z kosmologického urychlovače. Zásadní nejspíš bude pochopit chování částic ve vesmírném urychlovači, stejně jako jsme museli pochopit chování částic v pozemních urychlovačích.

 

Naše pozorování reliktního záření se neustále zlepšuje. Kredit: NASA/JPL-Caltech/ESA.
Naše pozorování reliktního záření se neustále zlepšuje. Kredit: NASA/JPL-Caltech/ESA.

Právě o to se Chen s kolegy snaží. Studují hmotnostní spektrum (mass spectrum) elementárních částic Standardního modelu, které je vyjádřené jako relativní počet elementárních částic s různou hmotností. Ve Standardním modelu je toto spektrum uspořádané specifickým způsobem, z ne úplně jasných příčin. Chen a spol. chápou hmotnostní spektrum částic jako „otisk“ Standardního modelu. Tento otisk ale podle nich není stálý. Mění se podle změn podmínek prostředí a v době kosmologické inflace prý vypadal velmi odlišně.

 

Chenův tým spočítal, že se tento otisk, tedy hmotnostní spektrum částic Standardního modelu, liší pro různé modely kosmologické inflace. Zároveň ukázali, jak by hmotnostní spektrum mělo být „otištěno“ do velkých struktur našeho vesmíru. Otevřeli tím cestu pro případné objevy nové fyziky.


Teď už jenom zbývá takové otisky vystopovat ve stále přesnějších a detailnějších pozorováních vesmíru a mikrovlnného reliktního záření. Jestli budeme mít štěstí a takové otisky skutečně objevíme, tak to bude znamenat nejen vytoužený objev nové fyziky, ale snad také konečně pochopíme mechanismy, které nafoukly vesmír při kosmologické inflaci. Můžeme jen doufat, že to bude brzy.

Video:  Cosmic Inflation by Fermilab.



Video:  How Cosmic Inflation Flattened the Universe | Space Time | PBS Digital Studios


Literatura
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics 19. 7. 2017, Physical Review Letters 118: 261302 (arXiv:1610.06597).

Datum: 26.07.2017
Tisk článku

Inflace - Lambl Adolf
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 188 Kč
cena: 176 Kč
Inflace
Lambl Adolf
Související články:

Zlikvidoval by koktejl Higgsova bosonu s inflací mladý vesmír?     Autor: Stanislav Mihulka (04.07.2014)
Jsou jasné skvrny pradávného záření stopou jiných vesmírů?     Autor: Stanislav Mihulka (01.11.2015)
Vysvětlí množství temné hmoty ve vesmíru nová teorie sekundární inflace?     Autor: Stanislav Mihulka (18.01.2016)
Model SMASH řeší pět klíčových problémů fyziky najednou     Autor: Stanislav Mihulka (30.10.2016)



Diskuze:

fractal

Bluke .,2017-07-27 13:06:26

je mozne ze zvysovanim rozlisenia pozorovania relikt.ziarenia sa dopracuju k fraktalnosti pozorovaneho javu [yes/no]?

Odpovědět


Re: fractal

Roman Horváth,2017-07-28 10:43:36

Toto je obrovsky náročná otázka na poskytnutie jednoduchej odpovede. Jednoduchá odpoveď by bola: „Asi nie.“ Lenže jednak toto sám neviem (je to ďaleko za hranicami toho, čo sa mi za ten relatívne krátky čas na Zemi podarilo obsiahnuť) a jednak by som porušil svoju zásadu „nikdy nehovor nikdy“. :-)

Fraktály sú (v skratke) útvary, ktorých Hausdorffova dimenzia je väčšia než topologická (nepýtajte sa detaily, toto nemám úplne zvnútornené, lebo s tým nepracujem denne) a môžu byť použité (napríklad) na modelovanie zdanlivo nepravidelných útvarov. Videl som všelijaké fraktály, ale dostal ma jeden, ktorý naprogramoval môj učiteľ (docent), keď som bol ešte VŠ študentom. Publikoval to a ukazoval mi to s nadšením – generovalo to tvary, ktoré sa zhodovali s rôznymi zábermi z vesmíru. Vo svojej publikácii porovnával vygenerované obrazy s vesmírnymi snímkami z NASA. Bolo to pekné a dodnes to úplne nemám spracované (čiže napr. do akej miery by sa tie zábery zhodovali aj po rozšírení zorného poľa, dokedy by to bolo ešte prijateľné a do akej miery bol ten algoritmus úžasný – nemal som to v rukách).

Ak by sa našiel vhodný algoritmus, dal by sa asi použiť aj na vygenerovanie prinajmenšom časti vzoru vytvoreného reliktným žiarením. Otázka je, načo by to bolo dobré? To, že vieme nakresliť relatívne komplikované vzory s pomocou fraktálnych algoritmov, nám nič nepomáha pri ich hlbšom pochopení. Skôr naopak, sme radi, že vieme relatívne jednoduchými postupmi vyjadriť a vyrobiť zložité útvary, aj keď nám to nie vždy vie pomôcť pri ich výskume. Nepoznám nikoho, kto by vedel fraktálny algoritmus (podobne ako nejaký vzorec) priamo použiť na odvodenie nejakých vlastností (nehovorím o použití algoritmu pri simuláciách, hovorím o géniovi, ktorý sa na to pozrie a vie ako sa to bude správať), ale možno len nepoznám takého génia.

Napriek tomu, čo som napísal. Istá časť mňa si myslí, že len momentálne naše vedomosti nie sú dostatočné a že je pokojne možné, že tieto veci budeme v budúcnosti využívať takým spôsobom, akým sa nám dnes ani nesníva… Všetko je možné, niekedy to chce len čas.

Odpovědět


Re: Re: fractal

Bluke .,2017-07-28 13:11:07

Silne-moc ďakujem za odbornú odpoveď. K tej otázke ma viedol obrazok (cobe,wmap,planc) pozorovaní. Nič viac hlbšieho som v tom nezbadal. A pravdu povediac, až takú hlbokú nirvánu zamyslenia nad fraktalom ako vy som nedosiahol :o)
Prajem pekny den.

Odpovědět

Ultimátní přístroj.

Vlastislav Výprachtický,2017-07-27 05:53:00

Neznáme podstatu Velkého třesku, proto nasimulovat hmotnostní architekturu inflace bude neprůkazné, což neznamená, že model nenalezne další spojitosti vývojového extrému našeho vesmiru.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace