Jump to content

Космологический фазовый переход

Космологический фазовый переход — это физический процесс, при котором общее состояние материи меняется во всей Вселенной. Успех модели Большого взрыва побудил исследователей предположить возможные космологические фазовые переходы, происходящие в очень ранней Вселенной, когда она была намного горячее и плотнее, чем сегодня. [1] [2]

Любой космологический фазовый переход мог оставить сигналы, которые можно наблюдать сегодня, даже если он произошел в первые моменты после Большого взрыва, когда Вселенная была непрозрачна для света . [3]

Космологические фазовые переходы первого рода

[ редактировать ]

Фазовые переходы можно классифицировать по их порядку . Переходы первого рода происходят посредством зарождения пузырьков и высвобождают скрытое тепло по мере расширения пузырьков.

Поскольку Вселенная остыла после горячего Большого взрыва, такой фазовый переход должен был высвободить огромное количество энергии, как в виде тепла, так и в виде кинетической энергии растущих пузырей. При сильном фазовом переходе первого рода стенки пузырька могут даже расти со скоростью, близкой к скорости света . [4] Это, в свою очередь, приведет к возникновению стохастического фона гравитационных волн . [2] [5] Такие эксперименты, как NANOGrav и LISA, могут быть чувствительны к этому сигналу. [6] [7]

Ниже показаны два снимка моделирования эволюции космологического фазового перехода первого рода. [8] Пузыри сначала зарождаются, затем расширяются и сталкиваются, в конечном итоге переводя Вселенную из одной фазы в другую.

Стандартная модель физики элементарных частиц содержит три фундаментальных взаимодействия : электромагнитное взаимодействие , слабое взаимодействие и сильное взаимодействие . Вскоре после Большого взрыва чрезвычайно высокие температуры могли изменить характер этих сил. Хотя сегодня эти три силы действуют по-разному, было высказано предположение, что они могли объединиться при высоких температурах ранней Вселенной. [9] [10]

Фазовый переход сильной силы

[ редактировать ]

Сегодня сильное взаимодействие связывает кварки в протоны и нейтроны в явлении, известном как ограничение цвета . Однако при достаточно высоких температурах протоны и нейтроны диссоциируют на свободные кварки. Фазовый переход в сильном взаимодействии отмечает конец эпохи кварков . Исследования этого перехода на основе решеточной КХД показали, что он мог произойти при температуре примерно 155 МэВ и был бы плавным кроссоверным переходом. [11]

Этот вывод предполагает простейший сценарий в момент перехода, а переходы первого или второго рода возможны при наличии кваркового, барионного или нейтринного химического потенциала или сильных магнитных полей. [12] [13] [14] Различные возможные типы фазовых переходов суммируются на фазовой диаграмме сильных сил .

Электрослабый фазовый переход

[ редактировать ]

Электрослабый фазовый переход отмечает момент, когда механизм Хиггса впервые активировался, заканчивая эпоху электрослабости . [15] [16] Как и в случае с сильным взаимодействием, исследования электрослабой модели на решетке показали, что переход представляет собой плавный кроссовер, происходящий при 159,5±1,5 ГэВ . [17]

Вывод о том, что переход является кроссовером, предполагает минимальный сценарий и модифицируется наличием дополнительных полей или частиц. Модели физики элементарных частиц, которые объясняют темную материю или приводят к успешному бариогенезу, могут предсказать электрослабый фазовый переход сильного первого рода. [18]

Фазовые переходы за пределами Стандартной модели

[ редактировать ]

Если бы три силы Стандартной модели объединились в Теорию Великого Объединения , тогда произошел бы космологический фазовый переход при еще более высоких температурах, соответствующий моменту, когда силы впервые разделились. [9] [10] Космологические фазовые переходы также могли происходить в темном или скрытом секторе , среди частиц и полей, которые очень слабо связаны с видимой материей. [19]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Гут, Алан Х.; Тай, SHH (1980). «Фазовые переходы и рождение магнитных монополей в очень ранней Вселенной». Физ. Преподобный Летт . 44 (10): 631–635. Бибкод : 1980PhRvL..44..631G . doi : 10.1103/PhysRevLett.44.631 . ОСТИ   1447535 .
  2. ^ Jump up to: а б Виттен, Эдвард (1984). «Космическое разделение фаз». Физ. Преподобный Д. 30 (3): 272–285. Бибкод : 1981NuPhB.177..477W . дои : 10.1016/0550-3213(81)90182-6 .
  3. ^ Киббл, TWB (1980). «Некоторые последствия космологического фазового перехода». Физ. Представитель . 67 (1): 183–199. Бибкод : 1980PhR....67..183K . дои : 10.1016/0370-1573(80)90091-5 .
  4. ^ Мур, Гай Д.; Прокопец, Томислав (1995). «Скорость стенки пузыря при электрослабом фазовом переходе первого рода». Физ. Преподобный Летт . 75 (5): 777–780. arXiv : hep-ph/9503296 . Бибкод : 1995PhRvL..75..777M . doi : 10.1103/PhysRevLett.75.777 . ПМИД   10060116 . S2CID   17239930 .
  5. ^ Хоган, CJ (1986). «Гравитационное излучение от космологических фазовых переходов» . Пн. Нет. Р. Астрон. Соц . 218 (4): 629–636. дои : 10.1093/mnras/218.4.629 . Проверено 9 августа 2023 г.
  6. ^ НАНОГрав (2023). «Набор данных NANOGrav за 15 лет: поиск сигналов новой физики» . Астрофиз. Дж. Летт . 951 (1): Л11. arXiv : 2306.16219 . Бибкод : 2023ApJ...951L..11A . дои : 10.3847/2041-8213/acdc91 .
  7. ^ Рабочая группа LISA по космологии (2016). «Наука с космическим интерферометром eLISA. II: Гравитационные волны от космологических фазовых переходов». JCAP . 04 (4): 001. arXiv : 1512.06239 . Бибкод : 2016JCAP...04..001C . дои : 10.1088/1475-7516/2016/04/001 . S2CID   53333014 .
  8. ^ Вейр, Дэвид (2018). «Гравитационные волны от электрослабого фазового перехода первого рода: краткий обзор» . Филос. Пер. Р. Сок. Лонд. А. 376 (2114): 20170126.arXiv : 1705.01783 . Бибкод : 2018RSPTA.37670126W . дои : 10.1098/rsta.2017.0126 . ПМЦ   5784032 . ПМИД   29358351 .
  9. ^ Jump up to: а б Георгий, Х.; Глэшоу, СЛ (1974). «Единство всех элементарных сил». Физ. Преподобный Летт . 32 : 438–441. дои : 10.1103/PhysRevLett.32.438 .
  10. ^ Jump up to: а б Вайнберг, Стивен (1974). «Калибровка и глобальные симметрии при высокой температуре». Физ. Преподобный Д. 9 (12): 3357–3378. Бибкод : 1974PhRvD...9.3357W . дои : 10.1103/PhysRevD.9.3357 .
  11. ^ Аоки, Ю.; Эндроди, Г.; Фодор, З.; Кац, С.Д.; Сабо, К.К. (2006). «Порядок перехода квантовой хромодинамики, предсказанный стандартной моделью физики элементарных частиц». Природа . 443 (7112): 675–678. arXiv : hep-lat/0611014 . Бибкод : 2006Natur.443..675A . дои : 10.1038/nature05120 . ПМИД   17035999 . S2CID   261693972 .
  12. ^ Бекель, Тиллман; Шеттлер, Саймон; Шаффнер-Билич, Юрген (2011). «Возвращение к космологическому фазовому переходу КХД». Прог. Часть. Нукл. Физ . 66 (2): 266–270. arXiv : 1012.3342 . Бибкод : 2011ПрПНП..66..266Б . дои : 10.1016/j.ppnp.2011.01.017 . S2CID   118745752 .
  13. ^ Шварц, Доминик Дж.; Стьюк, Майк (2009). «Лептонная асимметрия и космический переход КХД». JCAP . 2009 (11): 025. arXiv : 0906.3434 . Бибкод : 2009JCAP...11..025S . дои : 10.1088/1475-7516/2009/11/025 . S2CID   250761613 .
  14. ^ Цао, Гаогин (2023). «Переход КХД первого рода в первичном магнитном поле». Физ. Преподобный Д. 107 (1): 014021. arXiv : 2210.09794 . Бибкод : 2023PhRvD.107a4021C . дои : 10.1103/PhysRevD.107.014021 . S2CID   252967896 .
  15. ^ Гут, Алан Х.; Вайнберг, Эрик Дж. (1980). «Космологическая нижняя граница массы бозона Хиггса». Физ. Преподобный Летт . 45 (14): 1131–1134. Бибкод : 1980PhRvL..45.1131G . дои : 10.1103/PhysRevLett.45.1131 . ОСТИ   1445632 .
  16. ^ Виттен, Эдвард (1981). «Космологические последствия легкого бозона Хиггса». Нукл. Физ. Б. 177 (3): 477–488. Бибкод : 1981NuPhB.177..477W . дои : 10.1016/0550-3213(81)90182-6 .
  17. ^ Д'Онофрио, Микела; Руммукайнен, Кари (2016). «Стандартная модель кроссовера на решетке». Физ. Преподобный Д. 93 (2): 025003. arXiv : 1508.07161 . Бибкод : 2016PhRvD..93b5003D . дои : 10.1103/PhysRevD.93.025003 . hdl : 10138/159845 . S2CID   119261776 .
  18. ^ Клайн, Джеймс; Кайнулайнен, Киммо (2013). «Электрослабый бариогенез и темная материя из синглета Хиггса». JCAP . 01 (1): 012. arXiv : 1210.4196 . Бибкод : 2013JCAP...01..012C . дои : 10.1088/1475-7516/2013/01/012 . S2CID   250739526 .
  19. ^ Шваллер, Педро (2015). «Гравитационные волны от темного фазового перехода» . Физ. Преподобный Летт . 115 (18): 181101. arXiv : 1504.07263 . Бибкод : 2015PhRvL.115r1101S . doi : 10.1103/PhysRevLett.115.181101 . ПМИД   26565451 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 38877bd2c29695376d793fa9def1c1c3__1721415480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/38/c3/38877bd2c29695376d793fa9def1c1c3.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cosmological phase transition - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)