مطالعه جدید نشان می‌دهد که حباب‌های غول‌پیکر نیروهای کیهان را لحظاتی پس از انفجار بزرگ شکل دادند!!

با «حباب‌ها» آشنا شوید – شتاب‌دهنده‌های ذره‌ای نظری که ممکن است به ساختن جهان به شکلی که ما می‌شناسیم کمک کرده باشند.

تصویر هابل از یک حباب گازی غول پیکر در فضا  (اعتبار تصویر: ناسا گوددارد)

جهان بسیار اولیه فاجعه‌بارترین، دگرگون‌کننده‌ترین و پرانرژی‌ترین رویدادهایی را نشان می‌دهد که تا به حال رخ داده است. هدایت این انرژی‌ها، گسترش کیهان و در نتیجه تکه تکه شدن نیروهای اساسی طبیعت بود.

پژوهش جدیدی که در 27 ژوئن در پایگاه داده پیش‌چاپ arXiv منتشر شد، نشان می‌دهد که در این تکه تکه شدن، حباب‌های عظیمی ظاهر شده و با یکدیگر برخورد کرده‌اند و انرژی‌هایی را تقویت می‌کنند که حتی پیشرفته‌ترین شتاب‌دهنده‌های ذرات ساخت بشر ما را شرمنده می‌کنند.

محققان نوشتند که این انرژی‌های شگفت‌انگیز می‌توانند جهان را با ذرات ماده تاریک، سیاه‌چاله‌های میکروسکوپی و موارد دیگر پر کنند. با نام آن ساختارهای اولیه جهان فوق پرانرژی با “bubbletrons” آشنا شوید.

حبابهای هرج و مرج

چهار نیروی بنیادی طبیعت – الکترومغناطیس، هسته قوی، هسته ضعیف و گرانش – همیشه آنقدر متفاوت نیستند. در انرژیهای بالا، این نیروها شروع به ادغام می‌کنند. ما قبلاً می‌توانیم این را در قوی‌ترین برخورددهنده‌های ذرات خود تشخیص دهیم، جایی که الکترومغناطیس و نیروی ضعیف هسته‌ای در یک نیروی متحد “الکترو ضعیف” ادغام می‌شوند. در حالی که ثابت نشده است، فیزیکدانان به شدت مشکوک هستند که در انرژی‌های بالاتر، نیروهای دیگر نیز در یک نیروی واحد و یکپارچه ادغام می‌شوند.

اما تنها زمانی که جهان انرژی لازم برای انجام این کار را داشت کمتر از یک ثانیه پس از انفجار بزرگ بود. همانطور که کیهان از آن حالت اولیه سرد و منبسط شد، نیروها در لحظات تایتانیک انتقال فاز از یکدیگر جدا شدند. این شکاف ممکن است صاف و آرام باشد، مانند تبدیل یخ در حال ذوب شدن به آب، یا به طرز باورنکردنی خشن، مانند تبدیل آب در حال جوشش به بخار.

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که اگر این انتقال‌ها خشونت‌آمیز بود، جهان می‌توانست برای مدت کوتاهی با حباب‌های غول‌پیکر پر شود. بیرون از این حبابها، نیروهای متحد باقی ماندند. اما در داخل حبابها، کیهان کاملاً متفاوت بود و نیروها از یکدیگر جدا می‌شدند. در نهایت این حبابها منبسط می‌شدند و با هم برخورد می‌کردند و جهان را کاملاً به واقعیت جدید تبدیل می‌کردند.

اما این حباب‌ها بدون اینکه ردی از خود برجای بگذارند، مانند قوطی نوشابه باز شده می‌جوشند و می‌روند. حبابها واقعاً مقادیر عظیمی از انرژی را با خود حمل می‌کردند (قدری انرژی بیشتر از هر فرآیند ساخت بشر یا طبیعی در کیهان کنونی).

لبه‌های در حال انبساط حباب‌ها می‌توانند ذرات نزدیک را به سرعت‌های فوق‌العاده‌ای شتاب دهند. سپس آن ذرات به ذرات دیگر برخورد می‌کنند، درست مانند آزمایش‌های شتاب‌دهنده ذرات آزمایشگاهی و بارانی از انرژی آزاد شده و ذرات جدید ایجاد می‌کنند. علاوه بر این، حبابها در نهایت با هم ادغام می‌شدند و منبع دیگری برای ایجاد ذرات می‌شدند.

محققان دریافتند که این حباب‌ها می‌توانند به انرژی لازم برای ایجاد ذرات ماده تاریک فرضی رسیده باشند. طبق محاسبات این تیم، این ذرات دارای جرم و فراوانی کافی برای توضیح میزان مشاهده شده ماده تاریک در جهان هستند. آنها همچنین می‌توانستند کارخانه‌هایی از اجرام عجیب‌تر باشند، مانند سیاه‌چاله‌های میکروسکوپی که بلافاصله تبخیر شدند و انرژی خود را به ترکیب اضافه کردند.

مهمتر از همه، محققان کشف کردند که انبساط و برخورد حباب‌ها می‌تواند موجی از امواج گرانشی را ایجاد کند. آن امواج گرانشی مانند یک زنگ غول پیکر کل جهان را به صدا در می‌آورد و امروز، بیلیونها سال بعد، در کیهان باقی می‌ماند.

تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که جهان در پس زمینه‌ای از امواج گرانشی غرق شده است. در حالی که بیشتر امواج به احتمال زیاد به دلیل برخورد ابرسیاهچاله‌های پرجرم هستند، برخی از آنها ممکن است یادگاری از فرآیندهایی در جهان بسیار اولیه مانند ظهور و سقوط حبابها باشند. محققان خاطرنشان کردند که تحلیل‌های آینده با آرایه‌های زمان‌بندی تپ اختر و همچنین آشکارسازهای امواج گرانشی آتی مانند LISA و تلسکوپ اینشتین، ممکن است بتواند شواهد مستقیمی برای وجود مهم – اما زودگذر – حباب‌ها پیدا کند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Giant ‘bubbletrons’ shaped the forces of the universe moments after the Big Bang, new study suggests

By Paul Sutter

https://www.space.com/bubbletrons-shaped-universe-after-big-bang-study