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软物质和液体

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试管中的宇宙弦?

缩影

英国和芬兰的研究人员声称已在液态氦3试管中模拟了早期宇宙的某些可能方面。实验,其中涉及“colliding”超流体氦气两个不同相之间的边界类似于大爆炸后不久发生的情况,当时一些物理学家认为膜或“branes”渗透的多维空间相互碰撞。

物理学家认为,宇宙的快速膨胀发生在大约10–35 在大爆炸之后。粒子物理学弦论的支持者认为“inflation”是由D-布雷和反D-布雷的碰撞以及随后的歼灭造成的。 D-branes是弦论的数学结果,是多维空间中的超曲面—例如,在我们熟悉的3D世界中,2D膜片就像是气球的皮肤一样的膜。

弦理论家认为,D谱的厚度为零但质量很大,因此,当它们相互-灭时,会散发出大量的能量。但是弦理论尚待实验证明,在某些粒子物理学家和宇宙学家中仍然是一个极具争议的问题。

Now, Richard Haley and colleagues at Lancaster University and the Helsinki University of Technology have come up with an experiment that they claim is the closest analogue system to 碰撞 麸皮 and 防brs in the early universe (自然物理学 doi:10.1038 / nphys815)。 Haley告诉他们,虽然他们的系统可能会揭示这种碰撞期间可能发生的情况 physicsworld.com 他们的实验绝不是弦理论的考验。

相界碰撞

该团队将3毫升液态氦3冷却至约150 µK在试管状样品架中。将磁场梯度施加到样品上,形成了两个不同相的超流氦三明治:一个相区域“A”在试管中间和相区域“B”在两端。 A和B区域被相界分开,从B到A的边界类似于皮膜,而从A到B的边界类似于反皮膜。

然后,研究小组更改了样品的场梯度,以减小A区的厚度,直到“brane” and “anti-brane”发生碰撞和an灭,仅留下B相。

氦3在非常低的温度下变成超流体,因为单个原子配对形成“Cooper pairs”. To study the remaining B phase the team used a heater at the bottom of the tube to create a stream of broken 库珀对 that flowed up the tube.

而B相应该是各向同性的—换句话说,没有结构—断裂的线对在通过试管时似乎会散开。海莉和同事认为这些结构性“defects” in the B phase are vortices of swirling helium created during the annihilation, similar to the 缺陷 in the form of “cosmic strings”弦理论家认为是D形星系在早期宇宙相撞时产生的。

这并不是第一次将氦3提出作为早期宇宙的实验类似物。这种类比的主要支持者之一—赫尔辛基工业大学的Grisha Volovik— told physicsworld.com that Haley and colleagues have managed to simulate 麸皮 collision and test whether strings will be created.

Do 麸皮 really exist?

Volovik, who was not involved in the experiment, is adamant that the work is neither a test of string theory nor a test of whether 麸皮 annihilation was responsible for 通货膨胀. “[The experiment] confirmed the possibility of the creation of topological 缺陷 in the process of 麸皮 collision, but this does not mean that 麸皮 really exist,” he said.

Haley, who is currently rebuilding the experiment to allow the team to better characterize the 缺陷, agrees that the team has not come up with a test of string theory. Indeed, the researchers originally set out to study the phase transition between A and B and only began speaking to the cosmologists when they realized that there may be a connection between 缺陷 in the B phase and 宇宙弦.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者