Forklarer en “speilverden av partikler” krisen i kosmologien?


Ideen om et speilunivers er en vanlig trope innen science fiction. En verden som ligner vår hvor vi kan finne vår onde dobbeltgjenger eller en versjon av oss som faktisk spurte ut vår videregående forelskelse. Men konseptet med et speilunivers har ofte blitt studert i teoretisk kosmologi, og som en ny studie viser, kan det hjelpe oss med å løse problemer med den kosmologiske konstanten.

Hubble-konstanten, eller Hubble-parameteren, er et mål på hastigheten som universet vårt utvider seg med. Denne utvidelsen ble først demonstrert av Edwin Hubble, ved å bruke data fra Henrietta Leavitt, Vesto Slipher og andre. I løpet av de neste tiårene satte målingene av denne utvidelsen seg på en hastighet på rundt 70 km/sek/Mpc. Gi eller ta ganske mye. Astronomer regnet med at etter hvert som målingene våre ble presise, ville de ulike metodene slå seg fast på en felles verdi, men det skjedde ikke. Faktisk har målinger de siste årene blitt så presise at de er direkte uenige. Dette er noen ganger kjent som kosmisk spenningsproblem.

På dette tidspunktet grupperer de observerte verdiene til Hubble-konstanten to grupper. Målinger av svingninger i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen peker mot en lavere verdi, rundt 67 km/sek/Mpc, mens observasjoner av objekter som fjerntliggende supernovaer gir en høyere verdi rundt 73 km/sek/Mpc. Noe stemmer tydeligvis ikke, og teoretiske fysikere prøver å finne ut hvorfor. Det er her speiluniverset kan komme inn.

Et speil av vår verden i stjernene. Kreditt: Beate Bachmann, via Pixabay

Ville ideer har en tendens til å falle inn og ut av popularitet i teoretisk fysikk. Speilunivers ideen er intet unntak. Det ble studert ganske mye tilbake på 1990-tallet som en måte å håndtere problemet med materie-antimaterie-symmetri. Vi kan lage materiepartikler i laboratoriet, men når vi gjør det, lager vi også antimateriepartikler. De kommer alltid i par. Så da partikler dannet seg i det tidlige universet, hvor ble det av alle antimateriesøsknene deres? En idé var at universet selv ble dannet som et par. Materieuniverset vårt og et lignende antimaterieunivers. Problem løst. Ideen falt i unåde av forskjellige grunner, men denne nye studien ser på hvordan den kan løse Hubble-problemet.

Teamet oppdaget en invarians i det som er kjent som enhetsløse parametere. Den mest kjente av disse er finstrukturkonstanten, som har en verdi på omtrent 1/137. I utgangspunktet kan du kombinere målte parametere på en slik måte at alle enhetene kansellerer, og gir deg samme antall uansett hvilke enheter du bruker, noe som er flott hvis du er teoretiker. Teamet fant at når du tilpasser kosmologiske modeller for å matche de observerte ekspansjonshastighetene, forblir flere enhetsløse parametere de samme, noe som antyder en underliggende kosmisk symmetri. Hvis du pålegger denne symmetrien bredere, kan du skalere hastigheten for gravitasjonsfritt fall og foton-elektronspredningshastigheten slik at de forskjellige metodene for Hubble-måling bedre stemmer overens. Og hvis denne invariansen er reell, innebærer den eksistensen av et speilunivers. En som ville påvirke universet vårt gjennom en svak gravitasjonskraft.

Det skal påpekes at denne studien for det meste er et proof of concept. Den beskriver hvordan denne kosmiske invariansen kan løse Hubbles konstante problem, men går ikke så langt som å bevise at det er en løsning. En mer detaljert modell vil være nødvendig for det. Men det er en interessant idé. Og det er godt å vite at hvis din onde dobbeltgjenger er der ute, kan de bare påvirke livet ditt gravitasjonsmessig…

Referanse: Cyr-Racine, Francis-Yan, Fei Ge og Lloyd Knox. “Symmetri of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector og Hubble Constant.” Fysiske gjennomgangsbrev 128,20 (2022): 201301.