Evrenin erken dönemlerinden polarize radyasyonda yeni bir fizik ipucu

Evrenin erken dönemlerinden polarize radyasyonda yeni bir fizik ipucu
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


13.8 milyar yıl önce yayılan kozmik mikrodalga arkaplanın ışığı (soldaki resim), Dünya’da gözlemlenene kadar (sağdaki görüntü) Evrende dolaşırken, elektromanyetik dalganın salınım yönü (turuncu çizgi) bir β açısı ile döndürülür. Dönme, kutuplaşma modellerini (görüntülerin içindeki siyah çizgiler) değiştiren kozmik mikrodalga arka plan ışığıyla etkileşime giren karanlık madde veya karanlık enerjiden kaynaklanıyor olabilir. Görüntülerdeki kırmızı ve mavi bölgeler sırasıyla kozmik mikrodalga arka planın sıcak ve soğuk bölgelerini gösteriyor. Kredi: Y. Minami / KEK

Uluslararası bir araştırma ekibi, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonundan elde edilen Planck verilerini kullanarak yeni bir fizik ipucu gözlemledi. Ekip, antik ışığın polarizasyon açısını Samanyolu’nun toz emisyonuyla kalibre ederek ölçmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Sinyal, kesin sonuçlara varmak için yeterli kesinlikte tespit edilemese de, karanlık maddenin veya karanlık enerjinin sözde “parite simetrisi” nin ihlaline neden olduğunu öne sürebilir.

Evreni yöneten fizik kanunlarının aynada ters çevrildiğinde değişmeyeceği düşünülüyor. Örneğin, elektromanyetizma ister orijinal sistemde olun, ister tüm uzamsal koordinatların ters çevrildiği aynalanmış bir sistemde olsun aynı şekilde çalışır. “Eşlik” adı verilen bu simetri ihlal edilirse, bugün evrenin enerji bütçesinin sırasıyla yüzde 25 ve 70’ini kaplayan karanlık madde ve karanlık enerjinin yakalanması zor doğasını anlamanın anahtarı olabilir. Her ikisi de karanlıkken, bu iki bileşenin evrenin evrimi üzerinde zıt etkileri vardır: karanlık madde çekerken, karanlık enerji evrenin daha hızlı genişlemesine neden olur.

Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Örgütü’ndeki (KEK) Parçacık ve Nükleer Çalışmalar Enstitüsü’nden (IPNS), Tokyo Üniversitesi Kavli Evren Fizik ve Matematik Enstitüsü’nden (Kavli IPMU) araştırmacıları içeren yeni bir çalışma ve Max Planck Astrofizik Enstitüsü (MPA), parite simetrisini ihlal eden yüzde 99,2 güven düzeyiyle yeni fiziğin kışkırtıcı bir ipucunu rapor ediyor. Bulguları dergide yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları 23 Kasım 2020’de; makale, derginin editörleri tarafından önemli, ilginç ve iyi yazılmış olarak değerlendirilen “Editörlerin Önerisi” olarak seçildi.

Büyük Patlama’nın kalan ışığı olan kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunda eşlik simetrisinin ihlal edildiğine dair bir ipucu bulundu. Anahtar, kozmik mikrodalga arka planın polarize ışığıdır. Işık, yayılan bir elektromanyetik dalgadır. Tercih edilen yönde salınan dalgalardan oluştuğunda, fizikçiler buna “polarize” diyorlar. Polarizasyon, ışık dağıldığında ortaya çıkar. Örneğin güneş ışığı, tüm olası salınım yönlerine sahip dalgalardan oluşur; bu nedenle polarize değildir. Gökkuşağının ışığı ise, güneş ışığı atmosferdeki su damlacıklarıyla saçıldığı için kutuplaşır. Benzer şekilde, kozmik mikrodalga arkaplanın ışığı, Büyük Patlama’dan 400.000 yıl sonra elektronlar tarafından saçıldığında başlangıçta polarize oldu. Bu ışık evrende 13,8 milyar yıl boyunca dolaşırken, kozmik mikrodalga arka planın karanlık madde veya karanlık enerji ile etkileşimi, kutuplaşma düzleminin bir β açısı ile dönmesine neden olabilir (Şekil).

KEK, IPNS’de doktora sonrası araştırmacı olan Yuto Minami, “Karanlık madde veya karanlık enerji, parite simetrisini ihlal edecek şekilde kozmik mikrodalga arka plan ışığıyla etkileşime girerse, bunun imzasını kutuplaşma verilerinde bulabiliriz” diyor.

Dönme açısını β ölçmek için bilim insanlarının, Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) Planck uydusundaki gibi polarizasyona duyarlı dedektörlere ihtiyaçları vardı. Ve kutuplaşmaya duyarlı dedektörlerin gökyüzüne göre nasıl yönlendirildiğini bilmeleri gerekiyordu. Bu bilgi yeterli hassasiyetle bilinmiyorsa, ölçülen polarizasyon düzlemi yapay olarak döndürülmüş gibi görünür ve yanlış bir sinyal oluşturur. Geçmişte, dedektörlerin yapay dönüşüne ilişkin belirsizlikler, kozmik polarizasyon açısının measurement ölçüm doğruluğunu sınırladı.

Minami, “Samanyolu yolumuzdaki toz tarafından yayılan polarize ışığı kullanarak yapay rotasyonu belirlemek için yeni bir yöntem geliştirdik” dedi. “Bu yöntemle, önceki çalışmadan iki kat daha fazla bir kesinlik elde ettik ve sonunda β ‘yi ölçebildik.” Samanyolu içindeki tozdan gelen ışığın kat ettiği mesafe, kozmik mikrodalga fondan çok daha kısadır. Bu, toz emisyonunun karanlık maddeden veya karanlık enerjiden etkilenmediği anlamına gelir, yani β yalnızca kozmik mikrodalga arkaplanının ışığında bulunurken yapay rotasyon her ikisini de etkiler. Her iki ışık kaynağı arasında ölçülen polarizasyon açısındaki fark, böylece β’yi ölçmek için kullanılabilir.

Araştırma ekibi, Planck uydusu tarafından alınan polarizasyon verilerinden β ölçmek için yeni yöntemi uyguladı. Yüzde 99,2 güven seviyesi ile eşlik simetrisinin ihlali için bir ipucu buldular. Yeni fiziğin keşfini iddia etmek için çok daha büyük istatistiksel anlamlılık veya yüzde 99,999995 güven seviyesi gereklidir. MPA direktörü ve Kavli IPMU Baş Araştırmacısı Eiichiro Komatsu şunları söyledi: “Yeni fizik için henüz kesin bir kanıt bulamadığımız açıktır; bu sinyali doğrulamak için daha yüksek istatistiksel anlamlılık gerekiyor. Ama biz heyecanlıyız çünkü yeni yöntem nihayet bu ‘imkansız’ ölçümü yapmamıza izin verdi, bu da yeni fiziğe işaret edebilir. ”

Bu sinyali doğrulamak için, yeni yöntem, hem KEK hem de Kavli IPMU’nun dahil olduğu Simons Array ve LiteBIRD gibi kozmik mikrodalga arkaplanının polarizasyonunu ölçen mevcut ve gelecekteki deneylerden herhangi birine uygulanabilir.


Mikrodalga arka planın kozmik kafa karışıklığı


Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »