Life Style

สสารมืดทำจาก 'ลูกบอล Fermi' ปลอมแปลงในบิ๊กแบงหรือไม่?

ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับสสารมืดในจุดเริ่มต้นของจักรวาล (เครดิตภาพ: Shutterstock) สสารมืด — สสารลึกลับที่ออกแรงดึงดูดแต่ไม่มีปฏิกิริยากับแสง — อาจทำมาจากสิ่งเล็กๆ หลุมดำ ที่แผ่ซ่านไปทั่วจักรวาล และตามทฤษฎีใหม่ หลุมดำเหล่านั้นอาจถูกสร้างขึ้นจากลูกบอล Fermi หรือ “ถุง” ควอนตัมของอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรียกว่า fermions ซึ่งรวมตัวกันเป็นก้อนหนาแน่นในช่วงวัยเด็กของจักรวาล

ทฤษฎีนี้สามารถอธิบายได้ว่าทำไมสสารมืดเข้ามาครอบงำจักรวาล

“เราพบว่าในบางกรณี ลูกบอล Fermi มีความหนาแน่นมากจน fermions อยู่ใกล้กันมากเกินไป ทำให้เกิดการยุบตัวของ Fermi ball สู่หลุมดำ” Ke-Pan Xie นักวิจัยจากศูนย์ฟิสิกส์ทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติโซลในเกาหลีใต้กล่าวกับ WordsSideKick.com

ที่เกี่ยวข้อง: A black hole 10 การค้นพบครั้งใหญ่เกี่ยวกับหลุมดำ Xie และผู้ทำงานร่วมกัน Kiyoharu Kawana จาก Center for Theoretical Physics ได้คิดค้นสถานการณ์ใหม่เพื่ออธิบายว่าสสารมืดเข้ามาครอบงำจักรวาลอย่างไร: ท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงที่น่าทึ่งเมื่อจักรวาลน้อยกว่าหนึ่งวินาที เก่า อนุภาคชนิดใหม่ ถูกดักจับ ยุบจนกลายเป็นจุดเล็กๆ ที่แปรสภาพไป สู่หลุมดำ จากนั้นหลุมดำเหล่านั้นก็ท่วมท้นจักรวาลโดยให้น้ำหนักที่จำเป็นในการอธิบายสสารมืด

กรณีหลุมดำยุคดึกดำบรรพ์ นักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ไม่สามารถอธิบายได้ สสารมืด สสารลึกลับที่ประกอบขึ้นเป็นมวลมากกว่า 80% ของโครงสร้างขนาดใหญ่ทุกแห่ง ตั้งแต่กาแล็กซีไปจนถึงเว็บคอสมิกเองในจักรวาล

ความเป็นไปได้ที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือสสารมืดมีต้นกำเนิดมาจากหลุมดำ ท้ายที่สุดแล้ว หลุมดำก็เหมือนกับสสารมืดไม่เปล่งแสงออกมา Xie กล่าวว่า “ในฐานะที่เป็นวัตถุที่ไม่ส่องสว่างและมีขนาดเล็ก หลุมดำเป็นคำอธิบายตามธรรมชาติของสสารมืด” Xie กล่าว

แต่นักดาราศาสตร์รู้มานานแล้วว่าหลุมดำมวลดาวปกติไม่สามารถอธิบายสสารมืดของจักรวาลได้ นั่นเป็นเพราะว่าดาวฤกษ์ก่อตัวขึ้นในประวัติศาสตร์ของจักรวาลไม่เพียงพอที่จะสร้างหลุมดำได้มากพอที่จะอธิบายสสารมืดที่รู้จัก

แต่ช่วงแรกสุดของจักรวาลมีฟิสิกส์ที่น่าเหลือเชื่อ บางทีสิ่งที่เกิดขึ้นในตอนนั้นอาจเกิดหลุมดำขนาดเล็กกว่าล้านล้าน หลุมดำเหล่านั้นสามารถคงอยู่มาจนถึงปัจจุบัน ซึ่งอาจไขปริศนาสสารมืดได้ แต่จะอธิบายให้มืด เรื่องทฤษฎีจะต้องสร้างหลุมดำให้เพียงพอ

A black hole

ศิลปิน ความประทับใจของหลุมดำ หลุมดำดึกดำบรรพ์สามารถประกอบเป็นสสารมืดได้ ตามทฤษฎีบางอย่าง (เครดิตภาพ: Shutterstock)Paul Sutterจักรวาลที่เป็นฟอง

Xie และ Kawana ได้เพิ่มส่วนผสมหลายอย่างลงในแบบจำลองของพวกเขา ซึ่งอธิบายไว้ในบทความที่ตีพิมพ์ ในเดือนมิถุนายน สู่ฐานข้อมูลก่อนพิมพ์ arXiv . (บทความนี้ยังไม่ได้รับการตรวจสอบโดยเพื่อน) พวกเขาเริ่มต้นด้วยจักรวาลที่อายุน้อย ร้อนมาก และหนาแน่นมาก สภาวะสุดโต่งเหล่านี้ยอมให้กระบวนการทางกายภาพบางอย่างที่ไม่เกิดขึ้นในสภาวะปกติของจักรวาลในปัจจุบัน ส่วนผสมแรกคือสิ่งที่เรียกว่าสนามสเกลาร์ ซึ่งเป็นเอนทิตีทางกลของควอนตัมที่ครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด (สนามฮิกส์ที่รู้จักกันดีซึ่งให้มวลสารเป็นตัวอย่างหนึ่ง) เมื่อเอกภพขยายตัวและทำให้เย็นลง สนามสเกลาร์นั้นได้รับการเปลี่ยนแปลงเฟส เปลี่ยนจากสถานะทางกลของควอนตัมหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่ง

การเปลี่ยนเฟสนั้นไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกันทั่วทั้งจักรวาล แต่มีบางจุดที่การเปลี่ยนแปลงเริ่มต้นและจากนั้นแพร่กระจาย – เช่นเดียวกับฟองอากาศสองสามฟองในหม้อต้มน้ำเดือดรวมกันเพื่อสร้างฟองที่ใหญ่ขึ้น Xie กล่าว

“กระบวนการนี้เรียกว่าการเปลี่ยนเฟสลำดับแรก: การถ่ายเทน้ำจาก ‘เฟสของเหลว’ เป็น ‘ ระยะก๊าซ’ และอย่างหลังมีอยู่เป็นฟองสบู่ที่กำลังเติบโต” Xie กล่าว สนามสเกลาร์ใหม่ สภาพที่เรียกว่า “สภาพพื้นดิน” กระจายออกจากจุดเหล่านี้เหมือนฟองอากาศเป็นฟอง ในที่สุด ฟองอากาศจะรวมกันอย่างสมบูรณ์ และสนามสเกลาร์ก็เสร็จสิ้นการเปลี่ยนแปลง

วิธีทำลูกบอล Fermi

ในการสร้างหลุมดำดึกดำบรรพ์ที่สร้างสสารมืด อย่างไรก็ตาม Xie และ Kawana ต้องการส่วนผสมอื่น ดังนั้นพวกเขาจึงเพิ่ม fermion ชนิดใหม่ให้กับแบบจำลองของพวกเขา Fermions เป็นประเภทของอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นหน่วยการสร้างของจักรวาล ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอนที่ประกอบเป็นอะตอมในร่างกายของคุณล้วนเป็นเฟอร์มิออน

ในเอกภพยุคแรกๆ เฟอร์มิออนเหล่านี้เคลื่อนที่อย่างอิสระภายในสนามสเกลาร์ แต่ตามสูตรที่ Xie และ Kawana ปรุงขึ้น เฟอร์มิออนเหล่านี้ไม่สามารถเจาะฟองฟองเล็กๆ ของสถานะพื้นดินใหม่ของจักรวาลได้ในขณะที่การเปลี่ยนเฟสดำเนินไป

เมื่อฟองอากาศโตขึ้น fermions ก็อัดแน่นอยู่ในกระเป๋าที่เหลือ กลายเป็นลูกบอล Fermi และนั่นคือตอนที่สิ่งต่างๆ ยุ่งเหยิงสำหรับพวกเขาจริงๆ

นั่นเป็นเพราะมีพลังเพิ่มเติมที่เรียกว่า a ปฏิสัมพันธ์ของ Yukawa ระหว่าง fermions ที่เกิดจากสนามสเกลาร์เดียวกันนั้น Xie และ Kawana เสนอในบทความนี้ โดยปกติ fermions ไม่ชอบที่จะอัดเป็นปริมาตรเล็ก ๆ เข้าด้วยกัน แต่สนามสเกลาร์ได้เพิ่มพลังที่น่าดึงดูดซึ่งสามารถเอาชนะแรงขับตามธรรมชาตินั้นได้

ตัวอย่างเช่น โปรตอนและนิวตรอนประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่าควาร์ก ควาร์กเป็นเฟอร์มิออนและโดยปกติแล้วจะเกลียดชังกัน แต่มีแรงพิเศษ แรงที่แข็งแกร่ง กาวพวกมันเข้าด้วยกัน แรงดังกล่าวสามารถจำลองเป็นปฏิสัมพันธ์ของ Yukawa ได้ คล้ายกับฟิสิกส์ยุคแรกๆ ที่เล่นในแบบจำลองของ Xie และ Kawana

เมื่อสถานที่ท่องเที่ยว Yukawa เกิดขึ้น มันก็จบเกมสำหรับลูกบอล Fermi ตัวเล็ก ๆ ตามทฤษฎีของ Xie และ Kawana เมื่อเข้าไปในกระเป๋าเล็ก ๆ ของจักรวาลที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว กลุ่มของ fermions ก็พังทลายลงอย่างหายนะ ก่อตัวเป็นหลุมดำจำนวนมหาศาล จากนั้นหลุมดำเหล่านั้นก็รอดชีวิตมาได้จนถึงจุดสิ้นสุดของการเปลี่ยนเฟส ทำให้เกิดน้ำท่วมจักรวาลในฐานะสสารมืด อย่างน้อย นั่นคือความคิด เป็นคำแนะนำที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง แต่เมื่อพูดถึงฟิสิกส์ของเอกภพยุคแรก และความลึกลับที่ล้อมรอบสสารมืด เราต้องการคำแนะนำที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง พร้อมกับการสังเกตในปริมาณมากเพื่อให้มีความคืบหน้า เผยแพร่ครั้งแรกใน Live Science

    พอล เอ็ม. ซัทเทอร์ เป็นผลงานชิ้นเอก ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ขั้นสูงที่มหาวิทยาลัย Stony Brook และสถาบัน Flatiron ในนิวยอร์กซิตี้ นอกจากนี้ เขายังเป็นเจ้าภาพในการแสดงหลายรายการ เช่น “How the Universe Works” ในช่อง Science Channel “Space Out” ใน Discovery และพอดคาสต์ “Ask a Spaceman” ยอดนิยมของเขา เขาเป็นผู้เขียนหนังสือสองเล่ม “Your Place in the Universe” และ “How to Die in Space” ตลอดจนเป็นผู้มีส่วนร่วมประจำใน Space.com, LiveScience และอีกมากมาย Paul ได้รับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign ในปี 2011 และใช้เวลาสามปีที่ Paris Institute of Astrophysics ตามด้วยทุนวิจัยในเมือง Trieste ประเทศอิตาลี

จังหวัดตรังủ

  • ธุรกิจ
  • อาหาร
  • ไลฟ์สไตล์
  • เทค
  • มาร์เก็ตติ้งดิจิทัล (การตลาดดิจิทัล)
  • Back to top button