Der Mikrokosmos zeigt, dass Teilchen aus dem leeren Raum auftauchen können

Das erste Experiment seiner Art, das das Universum mit ultrakalten Kaliumatomen simuliert, zeigt Teilchenpaare, die im gekrümmten und expandierenden Universum aus dem leeren Raum erscheinen

von Carmela Badavich Callahan

Ein Analogon eines kleinen, expandierenden Universums aus extrem kalten Kaliumatomen wurde geschaffen. Es kann verwendet werden, um uns zu helfen, kosmische Phänomene zu verstehen, die extrem schwer direkt zu erkennen sind, wie z. B. Teilchenpaare, die aus dem leeren Raum auftauchen können, wenn sich das Universum ausdehnt.

Markus Oberthaler von der Universität Heidelberg in Deutschland und seine Kollegen kühlten mehr als 20.000 Kaliumatome im Vakuum, indem sie sie mit einem Laser verlangsamten und ihre Temperatur auf etwa 60 Nanokelvin oder 60 Milliardstel Grad Kelvin über dem absoluten Nullpunkt senkten.

Bei dieser Temperatur bildeten die Atome eine Wolke von etwa der Breite eines menschlichen Haares und wurden, anstatt sich zu verfestigen, zu einer flüssigkeitsähnlichen Materiephase, die als Bose-Einstein-Kondensat bezeichnet wird. An dieser Stelle lassen sich die Atome steuern, indem man sie mit Licht anstrahlt – mit einem kleinen Projektor bestimmten die Forscher genau die Dichte der Atome, die Anordnung im Raum und die Kräfte, die sie aufeinander ausüben.

Durch die Änderung dieser Eigenschaften brachte das Team die Atome dazu, einer Gleichung namens Raum-Zeit-Skala zu folgen, die in einem tatsächlichen, großen Universum bestimmt, wie stark es sich biegt, wie schnell sich Licht ausbreitet und wie viel Licht in der Nähe von sehr gebogen werden sollte massive Masse. Wille. Dies ist das erste Experiment, das kalte Atome verwendet, um ein gekrümmtes und expandierendes Universum zu simulieren, sagt Oberthaler.

Als die Forscher mit ihrem Projektor Atome dazu brachten, ein expandierendes Universum zu simulieren, bewegten sich die Atome in genau dem Wellenmuster, das zu erwarten wäre, wenn Teilchenpaare entstehen würden – ein Phänomen, das als Teilchenpaarproduktion bezeichnet wird. Die Forscher sagen, dies deutet darauf hin, dass Teilchenpaare in einem expandierenden Universum wie unserem eigenen produziert werden können.

Das neue Experiment ist ein sehr heikler Spielplatz für die Synthese von Quanten- und Gravitationseffekten, sagt Alessio Celi von der Autonomen Universität Barcelona in Spanien. Physiker wissen nicht genau, wie die beiden in dem Universum, in dem wir leben, kombiniert werden, aber Experimente mit ultrakalten Atomen könnten es ihnen ermöglichen, mit einigen Ideen zu experimentieren, und könnten neue Ziele für Beobachtungen in unserem größeren, komplexeren Universum inspirieren, sagt er.

Zukünftige Experimente mit demselben System könnten zu einem besseren Verständnis der Quanteneigenschaften unseres Universums führen, sagt Stefan Floerchinger von der Universität Jena in Deutschland, der Teil des Forschungsteams war.