Eksperymentatorzy odtworzyli analogi Wielkiego Wybuchu w laboratorium. W tym celu wykorzystali egzotyczny kwantowy stan materii znany jako kondensat Bosego-Einsteina (BEC). Osiągnięcie zostało opisane w artykule naukowym opublikowanym w czasopiśmie Physical Review X przez grupę kierowaną przez Gretchen Campbell z University of Maryland w Stanach Zjednoczonych.
W „Vesti. Nauka” (nauka.vesti.ru) szczegółowo omówiono naturę KBE. Stan ten można uzyskać przez schłodzenie substancji do temperatur różniących się o nieistotne ułamki stopnia od zera absolutnego (-273 ° C). Jest powszechnie używany do badania fizyki kwantowej. Jednak czasami naukowcy używają EBE jako modelu globalnych procesów astrofizycznych.
Tym razem interesował ich najwcześniejszy etap życia wszechświata, zwany erą inflacji. Uważa się, że wtedy w ciągu 10-35 sekund objętość przestrzeni wzrosła co najmniej 1030 razy. Początek tego procesu we współczesnej kosmologii uważany jest za Wielki Wybuch.
„Nasza wiedza na temat tego rozszerzenia ogranicza się do tego, co możemy odkryć, obserwując [współczesną przestrzeń], ponieważ, co zrozumiałe, trochę trudno jest stworzyć wszechświat w laboratorium” - powiedział Campbell zacytował Space.com. „Jednym z potencjalnych modeli laboratoryjnych Wszechświata jest rozszerzający się BEC, egzotyczny stan ultrazimnej materii, w którym funkcje falowe atomów nakładają się, a atomy zachowują się jak jedność”.
Fizycy schłodzili kilkaset tysięcy atomów sodu-23 do ultra niskiej temperatury, dzięki czemu przeszli w stan BEC. Następnie, w kilku seriach eksperymentów, ta chmura rozszerzyła się z prędkością ponaddźwiękową. Na przykład w ciągu zaledwie milisekundy jego głośność wzrosła czterokrotnie. Jest to oczywiście dalekie od tempa kosmologicznej inflacji, ale naukowcy mają powody, by sądzić, że procesy te są podobne.
Zdaniem kosmologów, w miarę spowolnienia ekspansji Wszechświata, cząstki rodziły się z energii pola, które generowało inflację. Podobnie jak w tym procesie, wraz ze spowolnieniem ekspansji chmury KBE rodziły się w niej różne struktury, w tym wiry i specjalne pojedyncze fale, tzw. Solitony. Podczas interakcji nowonarodzonych cząstek w młodym Wszechświecie zmagazynowana w nich energia została uwolniona, co doprowadziło do nagrzania substancji (temperatura wzrosła do ogromnych wartości). W przybliżeniu to samo zaobserwowano w interakcji struktur w BEC.
„Byłem naprawdę zaskoczony, jak dobrze nasze obliczenia teoretyczne zgadzają się z tym, co widzieliśmy w laboratorium, i jak dobrze wyszło” - przyznaje Campbell.
W przyszłości autorzy planują bardziej szczegółowo zbadać złożone interakcje w chmurze KBE w poszukiwaniu nowych efektów, których kosmologiczne analogi można później znaleźć w obserwacjach astronomicznych.
Film promocyjny:
„Najlepsze jest to, że dzięki tym wynikom wiemy teraz, jak zaprojektować przyszłe eksperymenty, aby uzyskać różne efekty, które mamy nadzieję zobaczyć” - mówi Campbell.