Về mặt lý thuyết, chúng tôi đã chỉ ra rằng các dao động mật độ được tạo ra trong quá trình giãn nở lạm phát trong Vũ trụ sơ khai, cụ thể là vùng dày
Người ta tin rằng sự lạm phát của vũ trụ là do trường gọi là “bơm hơi” lấp đầy không gian một cách đồng nhất. Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu vũ trụ học lạm phát là làm rõ bản chất của lĩnh vực này trong vật lý hạt. Thực tế vũ trụ phải ở trong trạng thái chân không, vì tất cả các vật chất khác sẽ hoàn toàn bị pha loãng bởi sự giãn nở nhanh chóng của vũ trụ trong thời kỳ lạm phát. Trong khuôn khổ của lý thuyết trường lượng tử trong một vũ trụ đang giãn nở nhanh chóng như vậy, chúng ta có thể thấy rằng khi vũ trụ giãn nở, các dao động được tạo ra lần lượt. Là một tính chất của dao động xung quanh chân không, các vùng dày đặc và thưa thớt với các độ cao (biên độ) khác nhau luôn xuất hiện với cùng tần số và phân bố của chúng tuân theo phân phối chuẩn (phân phối Gauss). Phân phối chuẩn là phân phối chuẩn được sử dụng trong các thử nghiệm thống kê, trong đó các khu vực cao hơn và thấp hơn giá trị trung bình xuất hiện với cùng tần suất. Tuy nhiên, các dao động có thể tương tác động lẫn nhau, dẫn đến sự khác biệt giữa số lượng của các vùng dày đặc và thưa thớt. Vì sự khác biệt được xác định bởi cường độ của các tương tác, nếu chúng ta có thể quan sát sự khác biệt về số lượng và độ cao (biên độ) giữa các vùng dày đặc và thưa thớt, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về vật lý năng lượng cao mà các thí nghiệm máy gia tốc không thể có được. (Hình 1) dẫn đến sự khác biệt giữa số lượng của các vùng dày đặc và thưa thớt. Vì sự khác biệt được xác định bởi cường độ của các tương tác, nếu chúng ta có thể quan sát sự khác biệt về số lượng và độ cao (biên độ) giữa các vùng dày đặc và thưa thớt, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về vật lý năng lượng cao mà các thí nghiệm máy gia tốc không thể có được. (Hình 1) dẫn đến sự khác biệt giữa số lượng của các vùng dày đặc và thưa thớt. Vì sự khác biệt được xác định bởi cường độ của các tương tác, nếu chúng ta có thể quan sát sự khác biệt về số lượng và độ cao (biên độ) giữa các vùng dày đặc và thưa thớt, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về vật lý năng lượng cao mà các thí nghiệm máy gia tốc không thể có được. (Hình 1)
Hình 1: Sơ đồ khái niệm về sự tạo ra dao động mật độ vốn là mầm mống của các thiên hà và các cụm thiên hà trong vũ trụ lạm phát. Các dao động lượng tử tạo ra một số lượng các vùng dày đặc và thưa thớt bằng nhau, nhưng các tương tác mạnh gây ra sự sai lệch giữa hai vùng. Tuy nhiên, hiện nay người ta đã phát hiện ra rằng các tương tác này cũng làm thay đổi đáng kể biên độ dao động, áp đặt giới hạn độ mạnh của các tương tác chặt chẽ hơn 10 lần so với trước đây.
Những biến động này sẽ bị kéo dài ra bởi lạm phát tiếp tục, do đó Vũ trụ cuối cùng sẽ chứa đầy những biến động ở nhiều kích cỡ khác nhau. Những dao động như vậy chỉ bằng khoảng 1 / 100.000 giá trị năng lượng trung bình, vì vậy những dao động nhẹ như một gợn sóng cao một milimet trong đại dương sâu 100 mét. Ngay cả với những không đồng nhất nhỏ như vậy, một vùng dày đặc có lực hấp dẫn mạnh hơn một vùng thưa thớt, và hiệu ứng này thu hút ngày càng nhiều vật chất từ vùng xung quanh, cuối cùng dẫn đến sự phát triển của các cấu trúc vũ trụ như sao và thiên hà.
”Chúng tôi có thể lấy đúng giá trị này bằng cách thực hiện một phép tính kết hợp chính xác sự phụ thuộc tỷ lệ của biên độ dao động. Kết quả là, chúng tôi nhận thấy rằng ngay cả khi những hiệu chỉnh này là không đáng kể tại một điểm, chúng phải được cộng lại trên toàn bộ vũ trụ lạm phát lớn theo cấp số nhân, dẫn đến các hiệu chỉnh vượt quá một phần trong 100.000 trừ khi các tương tác đủ yếu và rằng các tính toán lý thuyết đã bỏ qua những hiệu chỉnh này, vốn đã được sử dụng trong quá khứ, đã bị phá vỡ . ” Jason Kristiano giải thích.
Hình 2 : Sự phân bố độ lớn của dao động lượng tử trong chân không tuân theo phân bố chuẩn đối xứng (phân bố Gauss) xung quanh giá trị trung bình, như được thể hiện bằng đường màu xanh lam, nhưng khi tính đến ảnh hưởng của tương tác, phân bố trở nên không đối xứng như được hiển thị bằng đường màu đỏ. Nghiên cứu hiện tại cho thấy cường độ của tương tác phải nhỏ hơn 1/200 của đường màu đỏ trong hình. Sự phân bố như vậy không thể phân biệt được với đường màu xanh lam.
Nhóm nghiên cứu
Jason Kristiano (Nghiên cứu sinh, Khoa Vật lý, Trường Khoa học Sau đại học, Đại học Tokyo).
Jun’ichi Yokoyama (Giáo sư, Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ Sơ khai, Trường Khoa học Sau đại học, Đại học Tokyo).
Chi tiết xuất bản
-
Tạp chí Thư đánh giá vật lýChức vụ Tại sao Nhân loại Nguyên thủy Phải Rất Nhỏ?Các tác giả Jason Kristiano và Jun’ichi YokoyamaDOI https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.061301
COMMENTS