Космология в лабораторных условиях: эксперимент по нарушению симметрии
Для этого ученые из германского Национального метрологического института (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) обратились к охлажденным лазером ионам в так называемых «ионных кулоновских кристаллах». Исследователи впервые показали, как разрыв симметрии можно создавать в контролируемых условиях, а потом наблюдать процесс возникновения топологических дефектов: отклонений в пространственной структуре, возникающих, когда частицы не способны связываться друг с другом. Эти дефекты появляются во время фазового перехода и видны как несовпадающие области (см. первую иллюстрацию). Ученые выбрали именно ионные кулоновские кристаллы, так как свойства их симметрии сопоставимы с таковыми в ранней Вселенной.
Как контролировать сложную систему с множеством частиц и вызывать преднамеренные изменения во внешних условиях, которые приведут к нарушению симметрии? Эту задачу и должны были решить авторы эксперимента во главе с Таней Мельштэублер (Tanja Mehlstäubler). Они поймали ионы иттербия в так называемых «радиочастотных ионных ловушках» в сверхвысоком вакууме (давление 10−9 торр и ниже) и охладили их до нескольких милликельвинов с помощью лазерного луча. Пойманные положительно заряженные частицы отталкивают друг друга внутри ловушки и, при таких сверхнизких температурах, приобретают кристаллическую структуру (вторая иллюстрация, а-с). Точные ионные ловушки, разработанные для метрологических задач, в данном эксперименте обеспечили контроль над ультрахолодными частицами и параметрами окружающей среды.
Если параметры ловушки меняются быстрее скорости света в кристалле, то появляются топологические дефекты (вторая иллюстрация, d-e) – когда ионы в кристалле ищут новое состояние равновесия. Стабильность этих эффектов была исследована и оптимизирована посредством цифрового моделирования – что обеспечивает идеальную систему для изучения нарушающих симметрию переходов с максимальной чувствительностью. Таким образом, спонтанное изменение ориентации кулоновского кристалла происходит по тем же законам, что и изменение ранней Вселенной (после Большого взрыва).
Данное исследование тесно связано с так называемым механизмом Киббла-Цурека . Эта теория основывается на размышлениях Тома Киббла (Tom Kibble) об особых топологических дефектах в ранней Вселеннеой: спустя доли секунды после Большого Взрыва произошло нарушение симметрии, и Вселенной пришлось «решать», какое новое состояние принять. Всюду, где отдельные зоны Вселенной не могли сообщить о своих решениях друг другу, вероятно, образовывались космологические струны, доменные стенки и другие топологические эффекты. Но механизм Киббла-Цурека также позволяет проводить статистические измерения дефектов в фазовых переходах любого рода. Благодаря своему универсальному характеру, эта теория применима к самым разным областям физики: переходу от металлов к сверхпроводникам, от ферромагнитных к парамагнитным системам и т.д.
Своим экспериментом международный коллектив исследователей показал, что механизм Киббла-Цурека можно перевести в сравнительно простые лабораторные условия (с помощью охлажденных лазером ионных кулоновских кристаллов), а также продемонстрировал, что возникающие в процессе топологические дефекты зависят от скорости изменений. Эксперименты, которые одновременно проходили в Университете им. Иоганна Гуттенберга (Майнц, Германия) привели к аналогичным результатам.
Новая система делает возможным проведение дальнейших экспериментов по фазовым переходам в классических системах и в квантовой Вселенной, а также в области нелинейной физики (солитоны, например) в хорошо управляемых и поддающихся сравнению условиях. Так физики еще на один шаг подошли к объяснению причинно-следственных отношений в природе.
В эксперименте также участвовали ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории (CША), Ульмского университета (Германия) и Еврейского университета (Израиль).
Данные исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Артём Космарский
Комментарии 8
0
PIOPiK
13.08.2013 12:27
[Материал]
что порождает взрыв? - хаос и разрушение
что порождает Вселенная(Бог, единое сознание) - созидание, создавание, опыт познания себя через разделение Вселенная расширяется это так, но явление характеризующие этот процесс ближе соотносится с дыханием оной что делают оф. учёные? - дезинформируют для чего? для лучшего манипулирования и управления у преданных анафеме ученых, гонимых, но по настоящему гениальных(например как австриец Шредингер, изучавший воду и эфир; Никола Тесла, эфир и электромагнетизм) несколько другие мнения и есть все основание полагать что они намного ближе к истине чем еврейчик-плагиатор Эйнштейн с им подобными |
0
Seryikot
13.08.2013 13:26
[Материал]
"И в Хаосе есть порядок"©
Что такое фракталы - знакомо? Вы слишком поверхностно и буквально понимаете слово "взрыв". К сожалению, у человеческой расы нет другого слова, которым можно было бы описать происходившее тогда. Но это совершенно однозначно не разрушение. Это развёртывание, умножение и усложнение. Абсолютный "порядок", воплощённый в "1", одной единственной мёртвой точке не соотносящейся ни с чем и никогда - вдруг обрёл "точку опоры", сравнительную характеристику, оценку, если хотите... Он стал относителен к чему-то или кому-то. И расцвёл. Для него - это первое мгновение жизни. Начало отсчёта. Сам по себе он - "1" - мёртвая точка без характеристик. И только отношение, сравнение с чем-то или с кем-то сделало "порядок" - нашей вселенной. "Порядок" стал бесконечным Хаосом, в любой точке которого можно найти точное повторение всё вселенной в целом. Доступно или слишком мудро ? Я пишу о том, что для появления того мира, в котором мы живём, изначально нужно 2 объекта, а не один. Что или кто является вторым объектом - дело разумения каждого в индивидуальном порядке. |