Eine ultrakalte Vakuumkammer führte eine Simulation des frühen Universums durch und lieferte einige interessante Erkenntnisse darüber, wie die Umwelt kurz nach dem Urknall aussah.
Insbesondere die Atome gruppierten sich in Mustern, die dem kosmischen Mikrowellenhintergrund ähneln – man nimmt an, dass sie das Echo des intensiven Ausbruchs sind, der den Anfang des Universums bildete. Wissenschaftler haben den CMB mit mehreren Teleskopen mit zunehmend höherer Auflösung kartiert, aber dieses Experiment ist das erste seiner Art, das zeigt, wie sich die Struktur zu Beginn der Zeit, wie wir sie verstehen, entwickelt hat.
Die Urknalltheorie (nicht zu verwechseln mit der beliebten Fernsehsendung) soll die Entwicklung des Universums beschreiben. Während viele Experten sagen, es zeige, wie das Universum „aus dem Nichts“ entstand, sagt das kosmologische Konkordanzmodell, das die Theorie beschreibt, nichts darüber aus, woher das Universum kam. Stattdessen konzentriert es sich auf die Anwendung zweier großer Physikmodelle (allgemeine Relativitätstheorie und das Standardmodell der Teilchenphysik). Lesen Sie hier mehr über den Urknall.
CMB ist, einfacher gesagt, elektromagnetische Strahlung, die das Universum erfüllt. Wissenschaftler glauben, dass es ein Echo aus einer Zeit zeigt, als das Universum viel kleiner, heißer und dichter war und bis zum Rand mit Wasserstoffplasma gefüllt war. Das Plasma und die Strahlung, die es umgeben, kühlten allmählich ab, als das Universum größer wurde. ( Weitere Informationen zum CMB finden Sie hier .) Einst war das Leuchten des Plasmas so dicht, dass das Universum undurchsichtig war, aber die Transparenz nahm mit der Bildung stabiler Atome zu. Aber im Mikrowellenbereich sind die Reste noch sichtbar.
WMAP-Daten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds. Bildnachweis: NASA
Die neue Forschung verwendete ultrakalte Cäsiumatome in einer Vakuumkammer der University of Chicago. Als das Team diese Atome auf ein Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abkühlte (das sind -459,67 Grad Fahrenheit oder -273,15 Grad Celsius), schienen die Strukturen, die sie sahen, dem CMB sehr ähnlich zu sein.
Durch das Löschen der 10.000 Atome im Experiment, um zu kontrollieren, wie stark die Atome miteinander wechselwirken, konnten sie ein Phänomen erzeugen, das sehr grob der Bewegung von Schallwellen in Luft ähnelt.
„Bei dieser ultrakalten Temperatur werden Atome kollektiv angeregt“, sagte Cheng Chin, ein Physikforscher an der University of Chicago, der an der Forschung beteiligt war. Dieses Phänomen wurde erstmals vom russischen Physiker Andrei Sacharow beschrieben und ist als akustische Sacharow-Schwingungen bekannt.
Warum ist das Experiment wichtig? Es erlaubt uns, genauer zu verfolgen, was nach dem Urknall geschah.
Die Atomdichte ist links (Beginn des Experiments) größer als 80 Millisekunden nach dem simulierten Urknall. Bildnachweis: Chen-Lung Hung
Das CMB ist einfach ein eingefrorener Moment der Zeit und entwickelt sich nicht weiter, sodass die Forscher in das Labor eintauchen müssen, um herauszufinden, was passiert.
„In unserer Simulation können wir tatsächlich die gesamte Entwicklung der Sacharow-Oszillationen verfolgen“, sagte Chen-Lung Hung, der die Forschung leitete und promovierte. im Jahr 2011 an der University of Chicago und ist jetzt am California Institute of Technology.
Sowohl Hung als auch Chin planen, mehr mit den ultrakalten Atomen zu arbeiten. Zukünftige Forschungsrichtungen könnten beispielsweise die Funktionsweise von Schwarzen Löchern oder die Entstehung von Galaxien umfassen.
Du kannst Lesen Sie die veröffentlichte Forschung online aufWissenschaft‘S-Website .
Quelle: Universität von Chicago
