Spøgelsesagtig spejlverden kan være årsag til kosmisk kontrovers

Ny forskning tyder på en uset "spejlverden" af partikler, der kun interagerer med vores verden via tyngdekraften, der kan være nøglen til at løse et stort puslespil i kosmologien i dag - Hubbles konstante problem.

Hubble-konstanten er udvidelseshastigheden af ​​universet i dag. Forudsigelser for denne hastighed - fra kosmologiens standardmodel - er betydeligt langsommere end den hastighed, der findes af vores mest præcise lokale målinger. Denne uoverensstemmelse er en, som mange kosmologer har forsøgt at løse ved at ændre vores nuværende kosmologiske model. Udfordringen er at gøre det uden at ødelægge overensstemmelsen mellem standardmodelforudsigelser og mange andre kosmologiske fænomener, såsom den kosmiske mikrobølgebaggrund. At afgøre, om et sådant kosmologisk scenarie eksisterer, er det spørgsmål, som forskere, herunder Francis-Yan Cyr-Racine, assisterende professor ved Institut for Fysik og Astronomi ved University of New Mexico, Fei Ge og Lloyd Knox ved University of California, Davis har har prøvet at svare.

Ifølge NASA er kosmologi den videnskabelige undersøgelse af universets egenskaber i stor skala som helhed. Kosmologer studerer begreber som mørkt stof og mørk energi, og om der er et univers eller mange, nogle gange kaldet et multivers. Kosmologi omfatter hele universet fra fødsel til død med mysterier og intriger ved hver tur.

Nu har Cyr-Racine, Ge og Knox opdaget en tidligere ubemærket matematisk egenskab ved kosmologiske modeller, som i princippet kunne tillade en hurtigere ekspansionshastighed, mens de næppe ændrede de mest præcist testede andre forudsigelser af den standard kosmologiske model. De fandt ud af, at en ensartet skalering af gravitationshastigheden for frit fald og foton-elektronspredningshastigheden efterlader de fleste dimensionsløse kosmologiske observerbare objekter næsten invariable.

"Grundlæggende påpeger vi, at mange af de observationer, vi laver i kosmologi, har en iboende symmetri under omskalering af universet som helhed. Dette kan give en måde at forstå, hvorfor der ser ud til at være en uoverensstemmelse mellem forskellige målinger af universets ekspansionshastighed ."

Forskningen, med titlen "Symmetry of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector, and the Hubble Constant," blev offentliggjort for nylig i Physical Review Letters .

Dette resultat åbner en ny tilgang til at forene kosmisk mikrobølgebaggrund og storskala strukturobservationer med høje værdier af Hubble-konstanten H0:Find en kosmologisk model, hvori skaleringstransformationen kan realiseres uden at krænke nogen målinger af mængder, der ikke er beskyttet af symmetrien. Dette arbejde har åbnet en ny vej mod at løse det, der har vist sig at være et udfordrende problem. Yderligere modelbygning kan bringe overensstemmelse med de to begrænsninger, der endnu ikke er opfyldt:de udledte primordiale overfloder af deuterium og helium.

Hvis universet på en eller anden måde udnytter denne symmetri, føres forskere til en yderst interessant konklusion:at der eksisterer et spejlunivers, der ligner vores, men usynligt for os, undtagen gennem gravitationspåvirkning på vores verden. En sådan mørk "spejlverden"-sektor ville give mulighed for en effektiv skalering af gravitationshastigheden for frit fald, mens den præcist målte gennemsnitlige fotondensitet i dag respekteres.

"I praksis kunne denne skaleringssymmetri kun realiseres ved at inkludere en spejlverden i modellen - et parallelt univers med nye partikler, der alle er kopier af kendte partikler," sagde Cyr-Racine. "Idéen om spejlverdenen opstod først i 1990'erne, men er ikke tidligere blevet anerkendt som en potentiel løsning på Hubbles konstante problem.

"Dette virker måske skørt til pålydende værdi, men sådanne spejlverdener har en stor fysiklitteratur i en helt anden sammenhæng, da de kan hjælpe med at løse vigtige problemer inden for partikelfysik," forklarer Cyr-Racine. "Vores arbejde giver os mulighed for for første gang at knytte denne store litteratur til et vigtigt problem inden for kosmologi."

Ud over at søge efter manglende ingredienser i vores nuværende kosmologiske model, spekulerer forskere også på, om denne konstante uoverensstemmelse fra Hubble til dels kan være forårsaget af målefejl. Selvom det fortsat er en mulighed, er det vigtigt at bemærke, at uoverensstemmelsen er blevet mere og mere signifikant, efterhånden som data af højere kvalitet er inkluderet i analyserne, hvilket tyder på, at dataene måske ikke er skyld i.

"Det gik fra to en halv Sigma, til tre og tre og en halv til fire Sigma. På nuværende tidspunkt er vi stort set på fem-Sigma-niveauet," sagde Cyr-Racine. "Det er nøgletallet, der gør dette til et reelt problem, fordi du har to målinger af den samme ting, som hvis du har et konsistent billede af universet bare burde være fuldstændig konsistente med hinanden, men de adskiller sig med en meget statistisk signifikant mængde. "

"Det er præmissen her, og vi har tænkt over, hvad der kunne være årsagen til det, og hvorfor er disse målinger uoverensstemmelser? Så det er et stort problem for kosmologien. Vi ser bare ikke ud til at forstå, hvad universet laver i dag." + Udforsk yderligere

Undersøgelse af det accelererende univers