Experimentatoren haben im Labor ein Analogon des Urknalls reproduziert. Dazu verwendeten sie einen exotischen Quantenzustand der Materie, der als Bose-Einstein-Kondensat (BEC) bekannt ist. Die Leistung wird in einem wissenschaftlichen Artikel beschrieben, der in der Zeitschrift Physical Review X von einer Gruppe unter der Leitung von Gretchen Campbell an der University of Maryland in den USA veröffentlicht wurde.
"Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) sprach ausführlich über die Natur von KBE. Dieser Zustand kann erhalten werden, indem die Substanz auf Temperaturen abgekühlt wird, die sich um vernachlässigbare Anteile eines Grades vom absoluten Nullpunkt (-273 ° C) unterscheiden. Es wird üblicherweise zum Studium der Quantenphysik verwendet. Manchmal verwenden Wissenschaftler EBE jedoch als Modell für globale astrophysikalische Prozesse.
Diesmal interessierten sie sich für die früheste Phase im Leben des Universums, die als Ära der Inflation bekannt ist. Es wird angenommen, dass dann in 10-35 Sekunden das Raumvolumen mindestens 1030-mal zunahm. Der Beginn dieses Prozesses wird in der modernen Kosmologie als Urknall angesehen.
"Unser Wissen über diese Erweiterung beschränkt sich auf das, was wir durch Beobachtung des [modernen Raums] herausfinden können, da es verständlicherweise etwas schwierig ist, ein Universum in einem Labor zu erschaffen", zitierte Campbell Space.com. "Eines der möglichen Labormodelle des Universums ist das expandierende BEC, ein exotischer Zustand ultrakalter Materie, in dem sich die Wellenfunktionen von Atomen überlappen und sich Atome als eins verhalten."
Physiker haben mehrere hunderttausend Natrium-23-Atome auf eine extrem niedrige Temperatur abgekühlt, wodurch sie in den Zustand von BEC übergingen. In mehreren Versuchsreihen dehnte sich diese Wolke dann mit Überschallgeschwindigkeit aus. Zum Beispiel hat sich das Volumen in nur einer Millisekunde vervierfacht. Dies ist natürlich weit von der Geschwindigkeit der kosmologischen Inflation entfernt, aber Wissenschaftler haben Grund zu der Annahme, dass diese Prozesse ähnlich sind.
Laut Kosmologen wurden Teilchen aus der Energie des Feldes geboren, das die Inflation erzeugte, als sich die Expansion des Universums verlangsamte. Ähnlich wie bei diesem Prozess wurden mit der Verlangsamung der Expansion der KBE-Wolke verschiedene Strukturen darin geboren, darunter Wirbel und spezielle Einzelwellen, die sogenannten Solitonen. Während der Wechselwirkung neugeborener Teilchen im jungen Universum wurde die in ihnen gespeicherte Energie freigesetzt, was zur Erwärmung der Substanz führte (die Temperatur stieg auf enorme Werte). Ungefähr das Gleiche wurde bei der Wechselwirkung von Strukturen im BEC beobachtet.
"Ich war tatsächlich überrascht, wie gut unsere theoretischen Berechnungen mit dem übereinstimmten, was wir im Labor gesehen haben, und wie gut es funktioniert hat", gibt Campbell zu.
In Zukunft wollen die Autoren die komplexen Wechselwirkungen in der KBE-Wolke genauer untersuchen, um nach neuen Effekten zu suchen, deren kosmologische Analoga später in astronomischen Beobachtungen gefunden werden können.
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„Das Beste daran ist, dass wir dank dieser Ergebnisse jetzt wissen, wie wir zukünftige Experimente entwerfen können, um die verschiedenen Effekte zu erzielen, die wir uns erhoffen“, sagt Campbell.
