Πρόκειται για τον μηχανισμό Kibble–Zurek, ο οποίος περιγράφει τον σχηματισμό τοπολογικών ελαττωμάτων και τις μεταβάσεις φάσης στο Σύμπαν κατά τις πρώτες του στιγμές.
Φυσικοί από τη Γερμανία και τον Καναδά έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη: η επιφάνεια ορισμένων κρυστάλλων πυριτίου, σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, συμπεριφέρεται παρόμοια με τη δομή του Σύμπαντος στις πρώτες στιγμές του μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτή η ανακάλυψη επέτρεψε στους επιστήμονες να χρησιμοποιήσουν το «παγωμένο πυρίτιο» ως μοντέλο του πρώιμου Σύμπαντος.
Ελαττώματα στο πυρίτιο
Πώς αυτή η ανακάλυψη θα βοηθήσει στην εξερεύνηση του διαστήματος
Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων ανοίγουν τον δρόμο όχι μόνο για τη δημιουργία τέλειων επιφανειών πυριτίου, αλλά και για τη μοντελοποίηση μιας σημαντικής κοσμολογικής διαδικασίας. Πρόκειται για τον μηχανισμό Kibble–Zurek, ο οποίος περιγράφει τον σχηματισμό τοπολογικών ελαττωμάτων και τις μεταβάσεις φάσης στο Σύμπαν κατά τις πρώτες του στιγμές.
«Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα πειραματικά δεδομένα για να προσομοιώσουμε τις αλλαγές που συνέβησαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Έτσι θα κατανοήσουμε καλύτερα τον μηχανισμό που διέπει τον σχηματισμό της ύλης στο Σύμπαν», εξήγησε ο Ραλφ Σούτσχολντ, διευθυντής του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στη Δρέσδη.
Μυστικά του Σύμπαντος σε κρυστάλλους πυριτίου
Πριν προχωρήσουμε σε μια βαθύτερη εξήγηση, φανταστείτε ότι, τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν ήταν «άδειο» και γεμάτο μόνο με ενέργεια, η οποία κατανέμονταν ομοιόμορφα στον ταχέως διαστελλόμενο χώρο.
Το σημερινό Σύμπαν, αντίθετα, είναι πολύ διαφορετικό, καθώς η ύλη σε αυτό κατανέμεται εξαιρετικά άνισα.
Kibble και Zurek: Θεωρία δοκιμασμένη σε πυρίτιο
Τη δεκαετία του 1970, ο Αμερικανός κοσμολόγος Τομ Κίμπλ και ο Πολωνός φυσικός Βόιτσεχ Ζούρεκ πρότειναν ότι η τρέχουσα δομή του Σύμπαντος σχηματίστηκε λόγω του σχηματισμού ελαττωμάτων στα βάθη του – μονόπολων, κοσμικών χορδών και τοιχωμάτων τομέων. Αυτά τα ελαττώματα δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια μιας μετάβασης φάσης που συνέβη καθώς το Σύμπαν επεκτεινόταν, οδηγώντας στον σχηματισμό συστάδων ύλης που αποτέλεσαν τη βάση για γαλαξίες και αστέρες.
Πώς οι φυσικοί παρατηρούν ελαττώματα στο πυρίτιο
Σύμφωνα με τη θεωρία, αυτά τα τοπολογικά ελαττώματα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της ταχείας διαστολής της ύλης. Παρόμοιες διεργασίες μπορούν να παρατηρηθούν σε πλακίδια πυριτίου. Όταν ψύχονται στους –83°C, εμφανίζονται στην επιφάνειά τους ελαττώματα που θυμίζουν τα μονόπολα και τις κοσμικές χορδές που περιγράφονται από τη θεωρία Kibble–Zurek.
Το μέλλον του «παγωμένου πυριτίου»
Το πιο ενδιαφέρον στοιχείο αυτής της ανακάλυψης είναι η δυνατότητα παρατήρησης ελαττωμάτων και μεταβάσεων φάσης σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας. Αυτή η μέθοδος θα επιτρέψει στους επιστήμονες να δοκιμάσουν διαφορετικά σενάρια για τον σχηματισμό του Σύμπαντος και να αναπτύξουν τεχνικές για τη δημιουργία επιφανειών πυριτίου με προκαθορισμένη δομή.
www.bankingnews.gr
Ελαττώματα στο πυρίτιο
Πώς αυτή η ανακάλυψη θα βοηθήσει στην εξερεύνηση του διαστήματος
Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων ανοίγουν τον δρόμο όχι μόνο για τη δημιουργία τέλειων επιφανειών πυριτίου, αλλά και για τη μοντελοποίηση μιας σημαντικής κοσμολογικής διαδικασίας. Πρόκειται για τον μηχανισμό Kibble–Zurek, ο οποίος περιγράφει τον σχηματισμό τοπολογικών ελαττωμάτων και τις μεταβάσεις φάσης στο Σύμπαν κατά τις πρώτες του στιγμές.
«Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα πειραματικά δεδομένα για να προσομοιώσουμε τις αλλαγές που συνέβησαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Έτσι θα κατανοήσουμε καλύτερα τον μηχανισμό που διέπει τον σχηματισμό της ύλης στο Σύμπαν», εξήγησε ο Ραλφ Σούτσχολντ, διευθυντής του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στη Δρέσδη.
Μυστικά του Σύμπαντος σε κρυστάλλους πυριτίου
Πριν προχωρήσουμε σε μια βαθύτερη εξήγηση, φανταστείτε ότι, τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν ήταν «άδειο» και γεμάτο μόνο με ενέργεια, η οποία κατανέμονταν ομοιόμορφα στον ταχέως διαστελλόμενο χώρο.
Το σημερινό Σύμπαν, αντίθετα, είναι πολύ διαφορετικό, καθώς η ύλη σε αυτό κατανέμεται εξαιρετικά άνισα.
Kibble και Zurek: Θεωρία δοκιμασμένη σε πυρίτιο
Τη δεκαετία του 1970, ο Αμερικανός κοσμολόγος Τομ Κίμπλ και ο Πολωνός φυσικός Βόιτσεχ Ζούρεκ πρότειναν ότι η τρέχουσα δομή του Σύμπαντος σχηματίστηκε λόγω του σχηματισμού ελαττωμάτων στα βάθη του – μονόπολων, κοσμικών χορδών και τοιχωμάτων τομέων. Αυτά τα ελαττώματα δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια μιας μετάβασης φάσης που συνέβη καθώς το Σύμπαν επεκτεινόταν, οδηγώντας στον σχηματισμό συστάδων ύλης που αποτέλεσαν τη βάση για γαλαξίες και αστέρες.
Πώς οι φυσικοί παρατηρούν ελαττώματα στο πυρίτιο
Σύμφωνα με τη θεωρία, αυτά τα τοπολογικά ελαττώματα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της ταχείας διαστολής της ύλης. Παρόμοιες διεργασίες μπορούν να παρατηρηθούν σε πλακίδια πυριτίου. Όταν ψύχονται στους –83°C, εμφανίζονται στην επιφάνειά τους ελαττώματα που θυμίζουν τα μονόπολα και τις κοσμικές χορδές που περιγράφονται από τη θεωρία Kibble–Zurek.
Το μέλλον του «παγωμένου πυριτίου»
Το πιο ενδιαφέρον στοιχείο αυτής της ανακάλυψης είναι η δυνατότητα παρατήρησης ελαττωμάτων και μεταβάσεων φάσης σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας. Αυτή η μέθοδος θα επιτρέψει στους επιστήμονες να δοκιμάσουν διαφορετικά σενάρια για τον σχηματισμό του Σύμπαντος και να αναπτύξουν τεχνικές για τη δημιουργία επιφανειών πυριτίου με προκαθορισμένη δομή.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών