Des objets quantiques étranges pourraient-ils expliquer notre existence ?

Chacun de nous veut savoir qui nous sommes, d'où nous venons et oùon déménage. Les réponses à ces questions sont offertes par une variété de personnes, des philosophes aux prêtres et aux physiciens théoriciens, mais ce sont ces derniers qui ont la plus grande connaissance de l'Univers. Jusqu'au début du vingtième siècle, cependant, personne n'aurait pu imaginer qu'il y aurait autant de particules élémentaires qu'on pourrait en constituer un « zoo » entier. Ce n'est qu'en 1925 que l'ancienne théorie quantique a été remplacée par la mécanique quantique, qui est basée sur les équations des ondes et le principe d'incertitude, et ses dispositions diffèrent considérablement des dispositions de la mécanique classique. En quelques décennies seulement, de nombreuses particules élémentaires ont été découvertes et leur interaction entre elles a constitué la base du modèle standard. Le lancement du Grand collisionneur de hadrons (LHC) et la découverte ultérieure de la « particule divine » - scientifiquement le boson de Higgs - n'étaient que le début de la compréhension de notre monde complexe. Chaque année, des scientifiques découvrent de nouvelles particules, essayant en parallèle de répondre à la question de savoir pourquoi nous existons.

Les Q-balls sont d'étranges objets quantiques capables de provoquer des ondes gravitationnelles

Particule par particule

L'une des dernières particules découvertes par les physiciensest un tétraquark (je vous en ai parlé plus sur leur découverte ici). En bref, les tétraquarks sont une particule de matière exotique qui contient deux quarks lourds et deux antiquarks légers. Les quarks, comme le lecteur s'en souviendra probablement, sont les éléments constitutifs fondamentaux de l'univers qui composent toute la matière.

Les quarks sont aussi des particules à partir desquelles ils peuventse composait d'hadrons - le premier groupe de particules élémentaires. Jusqu'à récemment, on pensait que les neutrons étaient constitués de trois quarks, mais la nouvelle particule hadronique en est constituée de quatre. Les chercheurs notent que tétraquark - la particule la plus longue de toutes les particules connues.

Des tétraquarks ont été découverts en 2020

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Une autre nouveauté dans notre zoo est les Enions. Ce ne sont pas seulement de nouvelles particules, elles sont si inhabituelles que les physiciens les ont attribuées au troisième règne des particules élémentaires.

Le critère de division des particules élémentaires en deuxroyaumes est la valeur du spin, un nombre quantique qui caractérise le moment cinétique de la particule. En d'autres termes, si le spin d'une seule particule est déterminé par un entier, vous avez un boson devant vous, et s'il s'agit d'un demi-entier, un fermion.

Maintenant la déclaration que chaque dernierune particule dans l'univers - des rayons cosmiques aux quarks - est soit un fermion soit un boson, semble-t-il, devra être revisité. Frank Wilczek, lauréat du prix Nobel de physique au Massachusetts Institute of Technology, déclare : « Avant, nous avions des bosons et des fermions, mais maintenant nous avons ce troisième domaine de particules élémentaires.

Au cours de la recherche scientifique, les scientifiques ont prouvé que les anions appartiennent à une classe distincte de particules élémentaires.

Dans une étude récente, les physiciens ont finalement pu prouver que anyons se comporter comme quelque chose entre les deux entre le comportement des bosons et des fermions. De plus, leur comportement est exactement conforme aux prédictions théoriques.

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Qu'est-ce que les ondes gravitationnelles ont à voir avec ça ?

Ainsi, avec un rappel sur le modèle standard,qui explique comment les particules invisibles à l'œil interagissent pour créer la réalité, allons plus loin : si l'interaction des particules élémentaires crée notre monde, alors la physique peut-elle expliquer notre existence ?

Très semblable à ça.Au moins, les astrophysiciens croient qu'il y avait un déséquilibre entre la matière et l'antimatière au début de l'univers. Et pour comprendre d'où cela venait, les scientifiques se sont tournés vers les ondes gravitationnelles.

Ondes gravitationnelles - ce sont des changements dans le champ gravitationnel,se répandant comme des vagues. Tout simplement, ils déforment l'espace-temps. En savoir plus sur ce que sont les ondes gravitationnelles et quand et comment elles ont été découvertes dans le matériau fascinant de mon collègue Artem Sutyagin.

Les ondes gravitationnelles pourraient résoudre la crise cosmologique

Une équipe de physiciens théoriciens dirigée par Graham White du Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe s'est concentrée sur un phénomène appelé Q-ball... Comme pour de nombreux concepts de physique théorique, Q-ball est relativement difficile à expliquer.

Pendant ce temps, l'un des plus grandsle mystère est pourquoi l'univers est composé de beaucoup plus de matière que d'antimatière. Plus récemment, une équipe de physiciens théoriciens a découvert où chercher la réponse - il est nécessaire de détecter les ondes gravitationnelles créées par des objets quantiques bizarres appelés Q-balls.

N'oublions pas que chaque type de particule ordinaire de matière a un partenaire d'antimatière avec des caractéristiques opposées. Ainsi, lorsque la matière interagit avec l'antimatière, elles se détruire les uns les autres... C'est ce fait qui fait de notre existence un mystère, puisque les cosmologistes sont presque sûrs qu'à l'aube de l'univers il y avait une quantité égale de matière et d'antimatière.

Les ondes gravitationnelles de LIGO proviennent de collisions de trous noirs

Mais si tous ces partenaires en matière etl'antimatière aurait dû s'entre-détruire, l'Univers serait resté sans matière du tout. Mais la matière, on le sait, existe et les chercheurs commencent peu à peu à comprendre de quoi il s'agit.

Vous vous demanderez: les ondes gravitationnelles peuvent-elles résoudre la crise de la cosmologie?

Une raison potentielle pourrait êtreQ-balls - des "amas" théoriques qui se sont formés immédiatement après le Big Bang, avant que l'Univers ne commence à s'étendre. Ces objets doivent contenir leur propre asymétrie de matière et d'antimatière. Cela signifie qu'à l'intérieur de chaque Q-ball il y a fractions inégales de matière et d'antimatière.

Et si les Q-balls libéraient plus de matière,que l'antimatière, elle provoquerait des ondulations gravitationnelles dans l'espace-temps. Selon une nouvelle étude publiée dans la revue Physical Review Letters, les Q-balls pourraient être détectés à l'aide d'ondes gravitationnelles. Mais comment?

La désintégration Q-ball est la clé pour créer des ondes gravitationnelles

En réalité, Q-balles Sont des accumulations de champs chargés quitransformés en morceaux et collés ensemble. Une fois collés ensemble, ils ont tendance à durer longtemps, survivant au rayonnement de fond de l'expansion de l'univers. Mais ce qui est potentiellement intéressant à leur sujet, c'est ce qui se passe lorsque les Q-balls se désintègrent.

L'effondrement du Q-ball est rapide et violent.Et à tel point qu'elles forment des ondes gravitationnelles ! De plus, ces événements de désintégration sont relativement courants et les scientifiques doivent avoir les moyens de les détecter. Des observatoires d'ondes gravitationnelles tels que LIGO ont déjà détecté des ondes gravitationnelles provenant d'autres sources, comparables en force et en fréquence aux ondes causées par des boules Q en décomposition.

Probablement, nous en apprendrons bientôt beaucoup sur l'Univers.

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Notez que jusqu'à présent, aucune onde gravitationnelle attribuée aux désintégrations des Q-balls n'a été découverte. Néanmoins, le Dr White et ses collègues sont optimistes quant à l'avenir immédiat :

Nous trouverons presque certainement un signal bientôt avecle début des temps, confirmant cette théorie de la raison pour laquelle nous et le reste du monde de la matière existons. C'est une déclaration fascinante, et elle devrait intéresser toute personne ayant un intérêt direct à savoir pourquoi la matière existe, écrivent les auteurs de l'ouvrage scientifique.

Comprendre comment fonctionne notre monde n'est pas facile, mais cela semble être réel

Et enfin, je voudrais vous rappeler - apparemment dansUn grand nombre de découvertes nous attendent dans les années à venir. Plus tôt cette année, nous avons parlé d'une "nouvelle force de la nature" - les scientifiques du CERN sont vraiment sur le point de découvrir une "nouvelle physique".

Nous attendons donc avec impatience de nouvelles recherches et essayons de comprendre l'incroyablement difficile pour l'homme de comprendre la physique des éléments constitutifs de nous-mêmes et de notre Univers.