BerandaComputers and TechnologySebuah petunjuk fisika baru dalam radiasi terpolarisasi dari alam semesta awal

Sebuah petunjuk fisika baru dalam radiasi terpolarisasi dari alam semesta awal

A hint of new physics in polarized radiation from the early Universe
Saat cahaya latar belakang gelombang mikro kosmik yang dipancarkan 13,8 miliar tahun lalu (gambar kiri) bergerak melalui alam semesta hingga diamati di Bumi (gambar kanan), arah gelombang elektromagnetik berosilasi (garis oranye) diputar dengan sudut β. Rotasi dapat disebabkan oleh materi gelap atau energi gelap yang berinteraksi dengan cahaya latar belakang gelombang mikro kosmik, yang mengubah pola polarisasi (garis hitam di dalam gambar). Daerah merah dan biru pada gambar menunjukkan daerah panas dan dingin dari latar belakang gelombang mikro kosmik. Kredit: Y. Minami / KEK

Dengan menggunakan data Planck dari radiasi latar gelombang mikro kosmik, tim peneliti internasional telah mengamati petunjuk fisika baru. Tim mengembangkan metode baru untuk mengukur sudut polarisasi cahaya kuno dengan mengkalibrasinya dengan emisi debu dari Bima Sakti kita. Meskipun sinyal tidak terdeteksi dengan cukup presisi untuk menarik kesimpulan yang pasti, hal itu mungkin menunjukkan bahwa materi gelap atau energi gelap menyebabkan pelanggaran terhadap apa yang disebut “simetri paritas”.

Hukum yang mengatur alam semesta dianggap tidak berubah saat dibalik di cermin. Misalnya, elektromagnetisme bekerja dengan cara yang sama terlepas dari apakah Anda berada dalam sistem asli, atau dalam sistem cermin di mana semua koordinat spasial telah dibalik. Jika kesimetrian ini, yang disebut “paritas,” dilanggar, hal itu mungkin memegang kunci untuk memahami sifat materi gelap dan energi gelap yang sulit dipahami, yang masing-masing menempati 25 dan 70 persen anggaran energi alam semesta saat ini. Meskipun keduanya gelap, kedua komponen ini memiliki efek berlawanan pada evolusi alam semesta: materi gelap menarik, sedangkan energi gelap menyebabkan alam semesta mengembang lebih cepat.

Sebuah studi baru, termasuk para peneliti dari Institut Studi Partikel dan Nuklir (IPNS) di Organisasi Riset Akselerator Energi Tinggi (KEK), Institut Kavli untuk Fisika dan Matematika Universe (Kavli IPMU) dari University of Tokyo, dan Max Planck Institute for Astrophysics (MPA), melaporkan petunjuk yang menggiurkan dari fisika baru — dengan tingkat kepercayaan 99,2 persen — yang melanggar simetri paritas. Temuan mereka dipublikasikan di jurnal Physical Review Letters di 23 November 2020; makalah ini dipilih sebagai “Saran Editor,” dinilai oleh editor jurnal sebagai penting, menarik, dan ditulis dengan baik.

Petunjuk pelanggaran simetri paritas ditemukan dalam radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik , sisa cahaya Big Bang. Kuncinya adalah cahaya terpolarisasi dari latar belakang gelombang mikro kosmik. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang merambat. Ketika terdiri dari gelombang-gelombang yang berosilasi ke arah yang diinginkan, fisikawan menyebutnya “terpolarisasi”. Polarisasi muncul saat cahaya tersebar. Cahaya matahari, misalnya, terdiri dari gelombang-gelombang dengan segala arah yang mungkin berosilasi; dengan demikian, tidak terpolarisasi. Sementara itu, cahaya pelangi terpolarisasi karena sinar matahari dihamburkan oleh tetesan air di atmosfer. Demikian pula, cahaya latar belakang gelombang mikro kosmik awalnya menjadi terpolarisasi ketika dihamburkan oleh elektron 400.000 tahun setelah Big Bang. Saat cahaya ini merambat melalui alam semesta selama 13,8 miliar tahun, interaksi gelombang mikro kosmik background dengan materi gelap atau energi gelap dapat menyebabkan bidang polarisasi berputar dengan sudut β (Gambar).

“Jika materi gelap atau energi gelap berinteraksi dengan cahaya latar belakang gelombang mikro kosmik dengan cara yang melanggar simetri paritas, kita dapat menemukan tanda tangannya dalam data polarisasi,” kata Yuto Minami, postdoctoral fellow di IPNS, KEK.

Untuk mengukur sudut rotasi β, para ilmuwan membutuhkan detektor yang sensitif terhadap polarisasi, seperti yang ada di satelit Planck dari European Space Agency (ESA). Dan mereka perlu mengetahui bagaimana detektor yang peka terhadap polarisasi diorientasikan relatif terhadap langit. Jika informasi ini tidak diketahui dengan ketelitian yang memadai, bidang polarisasi yang diukur akan tampak diputar secara artifisial, menciptakan sinyal yang salah. Di masa lalu, ketidakpastian atas rotasi buatan yang disebabkan oleh detektor itu sendiri membatasi akurasi pengukuran sudut polarisasi kosmik β.

“Kami mengembangkan metode baru untuk menentukan rotasi buatan menggunakan cahaya terpolarisasi yang dipancarkan oleh debu di Bima Sakti,” kata Minami. “Dengan metode ini, kami telah mencapai presisi dua kali lipat dari pekerjaan sebelumnya, dan akhirnya dapat mengukur β.” Jarak yang ditempuh cahaya dari debu di dalam Bima Sakti jauh lebih pendek daripada jarak gelombang mikro kosmik. Artinya emisi debu tidak terpengaruh oleh atau energi gelap, yaitu β hanya ada dalam cahaya latar belakang gelombang mikro kosmik, sedangkan rotasi buatan mempengaruhi keduanya. Perbedaan sudut polarisasi terukur antara kedua sumber cahaya dengan demikian dapat digunakan untuk mengukur β.

Tim peneliti menerapkan metode baru untuk mengukur β dari data polarisasi yang diambil oleh satelit Planck. Mereka menemukan petunjuk adanya pelanggaran kesimetrian paritas dengan tingkat kepercayaan 99,2 persen. Untuk mengklaim penemuan fisika baru, diperlukan signifikansi statistik yang jauh lebih besar, atau tingkat kepercayaan 99,99995 persen. Eiichiro Komatsu, direktur di MPA dan Investigator Utama di Kavli IPMU, mengatakan: “Jelas bahwa kami belum menemukan bukti pasti untuk fisika baru; signifikansi statistik yang lebih tinggi diperlukan untuk mengkonfirmasi sinyal ini. Tapi kami senang karena yang baru kami Metode akhirnya memungkinkan kami untuk membuat pengukuran ‘tidak mungkin’ ini, yang mungkin mengarah ke fisika baru. “

Untuk mengonfirmasi sinyal ini, metode baru dapat diterapkan pada eksperimen mana pun — dan masa depan — yang mengukur polarisasi latar belakang gelombang mikro kosmik, seperti Simons Array dan LiteBIRD, di mana baik KEK maupun Kavli IPMU terlibat.



Informasi lebih lanjut: Yuto Minami dkk. Ekstraksi Baru Cosmic Birefringence dari Planck 2018 Polarization Data, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.221301

Kutipan: Petunjuk fisika baru dalam radiasi terpolarisasi dari alam semesta awal (2020, 25 November) diakses 26 November 2020 dari https://phys.org/news/2020-11-hint-physics-polarized-early-universe.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Terlepas dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak sebagian boleh diperbanyak tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.

Read More

RELATED ARTICLES

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Most Popular

Recent Comments