Рождение Вселенной объяснили без новой физики: как Стандартная модель могла запустить инфляцию Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com (подробнее ») Если автор пообещал вам публикацию на iXBT.com (а не в блогах iXBT.com), то сообщите об этом, пожалуйста, на почту abuse@corp.ixbt.com 4 часа назад Вселенная началась с Большого взрыва. По крайней мере, мы так думаем. Но что происходило в первые мгновения после него? Основная гипотеза, которая это объясняет — космическая инфляция. Это предположение о крайне быстром расширении пространства. За долю секунды оно увеличилось с крошечного участка до огромных размеров и сгладило все начальные неровности. Инфляция хорошо объясняет, почему наша Вселенная такая большая, однородная и плоская. Но у этой идеи есть свои непонятки. Мы допускаем существование специального поля — инфлатона, которое управляло этим расширением, но его связь с известными частицами была непонятна. Новое исследование предлагает простое решение. Оно показывает, как инфляция могла работать, используя обычные силы природы, которые описаны в Стандартной модели. Космическая инфляция, вольная интерпретация Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Холодный старт или постоянный нагрев? Обычный сценарий инфляции называют «холодным». Представляется он так: Вселенная расширяется в пустом, холодном пространстве. Вся энергия находится в инфлатонном поле. Когда инфляция завершается, эта энергия выделяется в один момент и создает горячий суп из частиц. Этот процесс называют разогревом. Модель работает, но требует очень определенных условий для инфлатона и оставляет открытым вопрос о его природе. А что, если все происходило иначе? Что, если Вселенная не была холодной и пустой? Другой сценарий — «теплая инфляция». В этой модели инфлатон не просто заставляет пространство расширяться, а еще и постоянно отдает энергию. В течение всего расширения он создает частицы, поддерживая во Вселенной определенную температуру. Вместо одного финального разогрева происходит постоянный нагрев. Такой подход решает некоторые теоретические трудности. Он позволяет инфляции работать с более простыми полями. Но у него свои проблемы. Как именно инфлатон создавал этот «тепловой бульон»? Все прошлые модели теплой инфляции нуждались в добавлении новых, неизвестных частиц и взаимодействий, которых нет в Стандартной модели. Идея: использовать сильное взаимодействие Здесь находится суть новой работы. Группа физиков показала, что теплая инфляция возможна без добавления новой физики, кроме самого инфлатона. Источником тепла может быть одна из четырех фундаментальных сил — сильное ядерное взаимодействие. Эта же сила удерживает кварки внутри протонов и нейтронов. Как это устроено? Малое дополнение. Модель добавляет только один новый компонент — скалярное поле инфлатона. Связь с известным. Этот инфлатон имеет особое, аксионоподобное взаимодействие с глюонами — переносчиками сильного взаимодействия. Создание тепла. Такое взаимодействие создает эффект «сфалеронного разогрева». По сути, это похоже на тепловое трение. Движущееся поле инфлатона взаимодействует с флуктуациями глюонного поля. Энергия от этого трения становится теплом, рождая частицы и поддерживая температуру Вселенной. Это звучит логично, но что мешало прийти к этому выводу раньше? Проблема заключалась в кварках. Считалось, что легкие кварки в ранней Вселенной должны были мешать этому процессу, делая его слабым. Авторы исследования нашли ответ. Они учли фактор, который до этого не рассматривали: расширение самой Вселенной. Оказалось, что быстрое увеличение пространства — так называемое «расширение Хаббла» — противодействует эффекту кварков. Оно не дает образоваться химическим потенциалам, которые блокируют разогрев. Расширение буквально устраняет помехи для работы теплового механизма инфляции. Предсказания модели теплой инфляции со Стандартной моделью (SM) для конкретного потенциала инфлатона. Закрашенные области (с 68% и 95% достоверности) соответствуют ограничениям, полученным из совместного анализа данных экспериментов Planck [5] и BICEP/Keck [6]. Планируемые и будущие эксперименты, такие как AliCPT [51, 52], Simons Observatory [53], Simons Array [54], LiteBIRD [55] и CMB-S4 [56], улучшат эти ограничения и повысят точность проверки в 4-20 раз. Автор: Kim V. Berghaus et al Phys. Rev. Lett. 135 Источник: journals.aps.org Почему это открытие так много меняет? Этот вывод — существенный сдвиг в пользу теории инфляции. Во-первых, это простое и логичное объяснение. Модель не требует придумывать неизвестные силы или новые частицы. Она соединяет космологию и Стандартную модель, наши проверенные знания о самом малом. Инфляция перестает быть отдельным явлением и становится частью общей физической картины. Во-вторых, эту гипотезу можно проверить. Модель дает точные прогнозы. В теплой инфляции флуктуации плотности создаются квантовыми и тепловыми эффектами, поэтому характеристики реликтового излучения (CMB) будут отличаться. Модель предсказывает ясную связь между параметрами CMB, которую смогут проверить будущие телескопы. Если данные совпадут с прогнозом — это станет сильным доводом в пользу теории. И наконец, это указывает, что искать. Если инфлатон взаимодействует с глюонами, как предсказывает модель, он должен быть аксионоподобной частицей. Такие частицы уже ищут в лабораторных экспериментах. У космологии и физики элементарных частиц появляется общая задача. Эта работа делает теплую инфляцию из отвлеченной идеи конкретной физической гипотезой. Она показывает, что для объяснения величайших событий в истории космоса, возможно, не нужны неизвестные сущности. Хватит тех сил и частиц, которые уже существуют. Source: https://www.ixbt.com/live/science/rozhdenie-vselennoy-obyasnili-bez-novoy-fiziki-kak-standartnaya-model-mogla-zapustit-inflyaciyu.amp.html