宇宙的第一时刻模仿超酷原子

作者: 东西数码

宇宙的第一时刻模仿超酷原子
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宇宙学家认为,宇宙首次从亚原子大小膨胀到比葡萄柚大。但是关于这个时期的理论测试很困难,因为研究人员不能重现这种极端(作者: 东西数码) (伟霆)的情况。

现在,物理学家通过创建一个由超冷原子组成的模型宇宙,在实验室中模拟了这种宇宙膨胀,他们在上周发表在Physical Review X 1上的一篇论文中报道  。通过快速增加环状原子云的大小,他们在系统中引发了行为,模仿了宇宙初期宇宙膨胀时光波如何被拉伸和衰减。

迄今为止,该系统模(作者: 东西数码) (伟霆)拟了这些熟悉的现象。但是在未来,它可以解决棘手的问题,比如早期宇宙密度的变化如何导致星系和其他结构的形成,英国诺丁汉大学的量子重力物理学家西尔克·维尔福特纳说,没有参与这项研究。“这是一个非常有用的平台和令人兴奋的实验,”。

这个团队主要来自马里兰州盖瑟斯堡的美国国家标准与技术研究院(NIST),他们使用了一种称为玻色 – 爱因斯坦凝聚物的物质状态。研究人员使用了数十万个原子,当它们冷却到绝对零度以上几十亿分之一时,它们的行为就像波浪的状态重叠,形成一个单一的量子系统。物理学家以前使用类似的系统来模拟实验室中的黑洞并模拟高温超导体。

过去的镜子

通过玻色 – 爱因斯坦凝聚体传播的声波服从描述光在宇宙黎明时将如何通过空间移动的相同方程。研究人员使用激光将原子囚禁在一个环中,并用一系列镜子控制光束,使他们能够操纵固定的颗粒。Weinfurtner说,为了模仿宇宙的扩张,他们以声音的速度增加了环的半径 – 这是“实验性的挑战”。(作者: 东西数码) (伟霆)研究人员随后将声波引入系统,并随着环形扩大而拍摄了它们的演变过程。

随着戒指的增长,团队看到了声波的长度增加。这种行为近似地模仿了一种称为红移的现象,其中空间的扩展逐渐延伸光线并因此增加其波长。他们还看到了扩张过程中波浪的强度减弱,这反映了一种被称为哈勃摩擦的效应,它描述了早期宇宙中光波的振幅如何随着它们在扩张空间失去能量而下降。

最后,(作者: 东西数码) (伟霆)团队观察到了一种更为复杂的效应,即预热。宇宙学家认为,预热是在通胀结束时发生的,当时初始快速膨胀所消耗的能量消散,形成我们今天看到的粒子范围。在超级冷却的原子中,当膨胀停止时,波浪来回晃动,然后通过一系列漩涡消散成环绕着环的波浪。

这项重新分配能源让人联想到预热,NIST的物理学家格雷琴坎贝尔说。但它发生得比他们最初预测的要快,并且以一种不直接反映任何宇宙学理论的方式。“我们看到的东西看起来像我们正在寻找的东西,(作者: 东西数码) (伟霆)但在引擎盖下,它有点复杂。”

将来,团队希望能够更精确地使用超冷原子来测量哈勃摩擦,并研究通过再加热形成的地层,以及寻找新的宇宙学现象。(作者: 东西数码) (伟霆),原子物理学家是否会向宇宙学家教授新的东西,她还不知道。“希望是类比会变得更强,我们的系统可以成为一个很好的测试平台,”。“这种合作可以帮助我们以新的方式看待事物。”

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