Oplåsning af universets hemmeligheder:Nye opdagelser i gravitationsbølger

Et banebrydende arbejde ledet af Monash University-fysikere har åbnet en ny vej til at forstå universets grundlæggende fysik.

Værket er omtalt i en international anmeldelse offentliggjort i Progress in Particle and Nuclear Physics , følger næsten et årti med arbejde udført af forskere ved School of Physics and Astronomy på Det Naturvidenskabelige Fakultet ved Monash University.

Gravitationsbølger er først for nylig blevet opdaget for første gang, hvilket giver en spændende mulighed for at dykke ned i partikelfysikkens mysterier gennem første-ordens faseovergange (FOPT'er) i det tidlige kosmos.

FOPT'er, der opstår, når nye fundamentale symmetrier bryder ned til standardmodellen, spiller en afgørende rolle i løsningen af ​​fundamentale gåder som problemet med kosmisk stof, antistof, asymmetri eller problemerne i den mørke sektor, herunder mørkt stof og mørke kræfter.

Forskere, herunder hovedanmeldelsesforfatter Ph.D. kandidat Lachlan Morris, har begivet sig ud på en rejse for at gennemgå processen, der fører fra partikelfysiske modeller til observerbare GW'er, og fremhæver de indviklede trin, der er involveret.

"Vores arbejde fungerer som en omfattende guide for partikelfysikere til at udforske den spændende verden af ​​GW-fænomenologi," sagde Morris. "Forståelse af FOPT'er er afgørende for at optrevle mysterierne i vores univers."

Gennemgangen beskriver den indviklede rejse fra partikelfysiske modeller til observerbare GW'er induceret af vakuumhenfald under FOPT'er.

Anmeldelsen, som er medforfattet af professor Csaba Balazs, kaster lys over den komplekse proces, og dækker trin som opbygning af effektive potentialer, analyse af overgangshastigheder og forudsigelse af GW-spektre.

"Vi er på randen af ​​en ny æra inden for gravitationsbølgeastronomi," sagde professor Balazs. "Fremtiden rummer et enormt potentiale for rum- og jordbaserede detektorer til at afsløre usete fænomener, der potentielt stammer fra FOPT'er."

Gennemgangen skitserer vejen fra en partikelfysikmodel til GW'er, som indeholder mange specialiserede dele, herunder:

• opbygning af et effektivt potentiale med begrænset temperatur i en partikelfysikmodel og kontrol af FOPT'er
• beregningsovergangshastigheder
• analysere dynamikken i bobler af ægte vakuum, der udvider sig i et termisk plasma
• karakterisering af en overgang ved hjælp af termiske parametre
• foretag forudsigelser for GW-spektre ved hjælp af de seneste simuleringer og teoretiske resultater og overvejer detekterbarheden af ​​forudsagte spektre ved fremtidige GW-detektorer.

For hvert trin fremhæver gennemgangen finesser, fordele og ulemper ved forskellige metoder og gennemgår de avancerede tilgange, der er tilgængelige i litteraturen.

"Dette giver alt, hvad en partikelfysiker behøver for at begynde at udforske GW-fænomenologi," sagde professor Balazs.

"Da vi fejrer næsten et årti siden den revolutionære opdagelse af gravitationsbølger, har æraen med jordbaserede detektorer transformeret vores forståelse af kosmos. Den kommende æra med rumbaserede detektorer lover dog endnu flere ekstraordinære opdagelser, der potentielt låser op for hemmelighederne. af ny fysik ud over standardmodellen."

Flere oplysninger: Peter Athron et al., Kosmologiske faseovergange:Fra perturbativ partikelfysik til gravitationsbølger, Progress in Particle and Nuclear Physics (2023). DOI:10.1016/j.ppnp.2023.104094

Leveret af Monash University