Eine ultrakalte Vakuumkammer führte eine Simulation des frühen Universums durch und lieferte einige interessante Erkenntnisse darüber, wie die Umgebung kurz nach dem Urknall aussah.
Insbesondere die Atome gruppierten sich in Mustern ähnlich dem kosmischen Mikrowellenhintergrund - vermutlich das Echo des intensiven Ausbruchs, der den Beginn des Universums bildete. Wissenschaftler haben das CMB mit mehreren Teleskopen mit zunehmend höherer Auflösung kartiert, aber dieses Experiment ist das erste seiner Art, das zeigt, wie sich die Struktur zu Beginn der Zeit entwickelt hat, wie wir sie verstehen.
Die Urknalltheorie (nicht zu verwechseln mit der beliebten Fernsehsendung) soll die Entwicklung des Universums beschreiben. Während viele Experten sagen, dass es zeigt, wie das Universum „aus dem Nichts“ kam, sagt das kosmologische Konkordanzmodell, das die Theorie beschreibt, nichts darüber aus, woher das Universum kam. Stattdessen konzentriert es sich auf die Anwendung zweier großer physikalischer Modelle (allgemeine Relativitätstheorie und Standardmodell der Teilchenphysik). Lesen Sie hier mehr über den Urknall.
CMB ist einfacher gesagt elektromagnetische Strahlung, die das Universum füllt. Wissenschaftler glauben, dass es ein Echo einer Zeit zeigt, als das Universum viel kleiner, heißer und dichter war und bis zum Rand mit Wasserstoffplasma gefüllt war. Das Plasma und die Strahlung, die es umgaben, kühlten sich allmählich ab, als das Universum größer wurde. (Weitere Informationen zum CMB finden Sie hier.) Zu einer Zeit war das Leuchten des Plasmas so dicht, dass das Universum undurchsichtig war, aber die Transparenz nahm zu, als sich stabile Atome bildeten. Die Reste sind jedoch im Mikrowellenbereich noch sichtbar.
Die neue Forschung verwendete ultrakalte Cäsiumatome in einer Vakuumkammer an der Universität von Chicago. Als das Team diese Atome auf ein Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abkühlte (was -459,67 Grad Fahrenheit oder -273,15 Grad Celsius entspricht), schienen die Strukturen, die sie sahen, dem CMB sehr ähnlich zu sein.
Durch Löschen der 10.000 Atome im Experiment, um zu steuern, wie stark die Atome miteinander interagieren, konnten sie ein Phänomen erzeugen, das grob gesagt der Bewegung von Schallwellen in der Luft ähnelt.
"Bei dieser ultrakalten Temperatur werden Atome gemeinsam angeregt", erklärte Cheng Chin, ein Physikforscher an der Universität von Chicago, der an der Forschung beteiligt war. Dieses Phänomen wurde erstmals vom russischen Physiker Andrei Sacharow beschrieben und ist als akustische Schwingungen Sacharows bekannt.
Warum ist das Experiment wichtig? Dadurch können wir genauer verfolgen, was nach dem Urknall passiert ist.
Das CMB ist einfach ein eingefrorener Moment und entwickelt sich nicht weiter. Daher müssen Forscher in das Labor eintauchen, um herauszufinden, was passiert.
"In unserer Simulation können wir tatsächlich die gesamte Entwicklung der Sacharow-Schwingungen überwachen", sagte Chen-Lung Hung, der die Forschung leitete, und promovierte. 2011 an der University of Chicago und ist jetzt am California Institute of Technology.
Sowohl Hung als auch Chin planen, mehr mit den ultrakalten Atomen zu arbeiten. Zukünftige Forschungsrichtungen könnten Dinge wie die Funktionsweise von Schwarzen Löchern oder die Entstehung von Galaxien beinhalten.
Sie können die veröffentlichten Forschungsergebnisse online unter lesen WissenschaftWebsite.
Quelle: Universität von Chicago
