우리 우주에 수백 가지 종류의 거의 보이지 않는 입자가 쏟아져 있고 오래 전에이 입자들이 우주를 가로 지르는 끈의 네트워크를 형성했다고 말하면 어떻게 될까요?
그것은 삐걱 거리는 소리와 굉장한 소리로 들리지만 실제로는 모든 이론에 대한 최선의 (하지만 실망스럽지 않은) 끈 이론에 대한 예측입니다. 이 기괴하지만 가설 적이지만 작은 입자는 액시온으로 알려져 있으며, 발견 될 수 있다면 우리 모두는 광대 한 "축"에 산다는 것을 의미합니다.
이 이론의 가장 중요한 부분은 단지 물리학 자의 안락 의자 가설이 아니라 테스트 가능성이 없다는 것입니다. 이 이해할 수 없을 정도로 거대한 스트링 네트워크는 가까운 시일 내에 실제로 구축되는 마이크로 웨이브 망원경으로 감지 할 수 있습니다.
만약 발견된다면, 공리는 모든 물리학의 퍼즐을 알아내는 데 큰 도움이 될 것입니다.
줄의 교향곡
좋아, 사업을 시작하자. 먼저, 우리는 액시온을 조금 더 잘 알아야합니다. 물리학 자 (그리고 나중에 노벨상 수상자)가 1978 년에 이름을 딴 프랭크 윌 체크 (Frank Wilczek)는 특정 종류의 대칭 파괴에서 존재한다는 가설을 세웠 기 때문에 그 이름을 얻었습니다. 나는 더 많은 전문 용어를 알고 있습니다. 기다려. 물리학자는 특정 패턴이 수학에 나타날 때 대칭을 좋아합니다.
CP 대칭이라고하는 한 종류의 대칭이 있는데, 이는 좌표가 반전 될 때 물질과 반물질이 동일하게 동작해야한다고 말합니다. 그러나이 대칭은 강력한 원자력 이론에 자연스럽게 맞지 않는 것 같습니다. 이 퍼즐에 대한 한 가지 해결책은 우주에서이 오작동을 "수정"하는 다른 대칭을 도입하는 것입니다. 그러나이 새로운 대칭은 매우 높은 에너지에서만 나타납니다. 일상적인 저에너지에서이 대칭은 사라지고이를 설명하고 새로운 입자 인 축을 튀어 나옵니다.
이제 우리는 하나의 이론적 틀에서 모든 자연의 힘, 특히 중력을 통일시키려는 우리의 시도 인 문자열 이론을 바꿔야합니다. 문자열 이론이 작동하는 것 (즉, 수학이 운동의 희망을 갖도록하는 것)의 여러 가지 요인으로 인해 해결하기가 특히 어려운 문제임이 입증되었습니다. 우주는 보통 3 차원 이상의 공간과 시간을 가져야합니다. 여분의 공간 치수가 있어야합니다.
물론 이러한 공간적 차원은 육안으로 볼 수 없습니다. 그렇지 않으면, 우리는 그런 종류의 것을 알아 차렸을 것입니다. 따라서 여분의 치수는 조그마하고 작은 크기로 말려 있어야합니다.
이를 어렵게 만드는 이유는 이러한 추가 치수가 어떻게 구부러 지는지 정확히 알지 못하고 10 ^ 200 가지 정도의 방법이있을 수 있다는 것입니다.
그러나 이러한 치수 배열이 공통적으로 보이는 것은 액시온의 존재인데, 이는 끈 이론에서 일부 웅크린 치수 주위에 감겨 붙어 붙는 입자입니다.
더욱이, 끈 이론은 강한 핵력의 이론적 예측에 나타날 수있는 축을 포함하여 다양한 질량으로 하나의 축을 예측할 수는 없지만 잠재적으로 수백 가지의 다른 종류를 예측할 수 있습니다.
바보 같은 줄
그래서 우리는 모든 종류의 질량을 가진 많은 종류의 새로운 입자를 가지고 있습니다. 큰! 액시온이 암흑 물질을 구성 할 수 있습니까? 이는 은하에 질량을 가장 많이 주지만 일반 망원경으로는 감지 할 수 없습니까? 혹시; 열린 질문입니다. 그러나 암흑 물질 인 axions는 몇 가지 까다로운 관측 테스트에 직면해야하기 때문에 일부 연구자들은 대신에 axion 계열의 밝은쪽에 초점을 맞추고이를 찾는 방법을 모색했습니다.
그리고 그 연구자들이 초기 우주에서 이러한 페더급 축의 예상되는 행동을 파헤 치기 시작할 때, 그들은 정말로 놀라운 것을 발견합니다. 우리 우주 역사상 가장 빠른 순간에, 우주는 위상 전이를 거쳐 전체 성격을 이국적인 고 에너지 상태에서 규칙적인 저에너지 상태로 바꿨습니다.
이 단계 전이 중 하나 (우주가 두 번째 이전보다 작았을 때 발생) 동안 끈 이론의 축은 입자로 나타나지 않았습니다. 대신에 그들은 루프와 선처럼 보였습니다. 우주를 가로 지르는 가볍고 거의 보이지 않는 끈의 네트워크입니다.
다양한 경량 액시온 끈으로 채워진이 가상의 축은 다른 물리 이론이 아니라 끈 이론에 의해 예측됩니다. 따라서 우리가 우리가 축에 살고 있다고 판단한다면, 그것은 현 이론에 큰 도움이 될 것입니다.
빛의 변화
이 액시온 문자열을 어떻게 검색 할 수 있습니까? 모델은 액시온 스트링의 질량이 매우 낮기 때문에 빛이 액시온과 부딪히지 않거나, 액시온이 다른 입자와 섞이지 않을 것으로 예측합니다. 현재 은하수를 통해 수백만 개의 액시온 끈이 떠 다니는 것을 볼 수는 없습니다.
그러나 우주는 오래되고 큽니다. 특히 우주가 역광임을 인식하면 우주를 유리하게 활용할 수 있습니다.
우주 마이크로파 배경 (CMB)은 우주에서 가장 오래된 빛으로, 약 380,000 년 된 아기 일 때 방출됩니다. 이 빛은 수십억 년 동안 우주를 침몰 시켰으며, 우리의 마이크로 웨이브 망원경과 같은 물체에 부딪 칠 때까지 우주를 걸러 냈습니다.
따라서 CMB를 보면 수십억 광년의 우주를 통해 CMB를 볼 수 있습니다. 마치 일련의 거미줄을 통해 손전등의 빛을 보는 것과 같습니다. 우주를 가로 지르는 액시온 끈의 네트워크가 있다면 잠재적으로 그것들을 발견 할 수 있습니다.
12 월 5 일 arXiv 데이터베이스에 발표 된 최근 연구에서 한 트리오의 연구원은 축이 CMB 조명에 미치는 영향을 계산했습니다. 그들은 약간의 빛이 특정 액시온 끈 근처를 통과하는 방법에 따라 그 빛의 편광이 변할 수 있음을 발견했습니다. 그것은 CMB 빛 (및 모든 빛)이 전기장과 자기장의 파동으로 만들어지고 빛의 분극이 전기장의 방향을 알려줍니다. 이것은 CMB 광선이 축을 만났을 때 변하는 것입니다. 특수 필터를 통해 신호를 전달하여 CMB 빛의 편광을 측정하여이 효과를 파악할 수 있습니다.
연구원들은 끈으로 가득 찬 우주에서 CMB에 미치는 총 효과가 약 1 % 정도의 편광 편이를 가져 왔으며, 이는 오늘날 우리가 감지 할 수있는 바로 그 직전에 있습니다. 그러나 Cosmic Origins Explorer, B-mode 편광 연구를위한 Lite (Light) 위성, 우주 배경 방사선 탐지 (LiteBIRD) 및 인플레이션 연구 (PIXIE)와 같은 미래의 CMB 맵퍼가 현재 설계되고 있습니다. 이 미래형 망원경은 축을 스니핑 할 수 있습니다. 그리고 그 매퍼가 온라인 상태가되면, 우리는 우리가 공리에 살고 있거나이 스트링 이론의 특정 예측을 배제한다는 것을 알게 될 것입니다.
어느 쪽이든, 풀어야 할 것이 많이 있습니다.
폴 엠. 셔터 천체 물리학 자입니다오하이오 주립대 학교, 의 주인우주인에게 물어보세요 과우주 라디오의 저자우주에서의 당신의 장소.
