Een ultrakoude vacuümkamer deed een simulatie van het vroege heelal en kwam met enkele interessante bevindingen over hoe de omgeving er kort na de oerknal uitzag.
Specifiek, de atomen geclusterd in patronen vergelijkbaar met de kosmische microgolfachtergrond - vermoedelijk de echo van de intense burst die het begin van het universum vormde. Wetenschappers hebben de CMB in kaart gebracht met een steeds hogere resolutie met behulp van verschillende telescopen, maar dit experiment is het eerste in zijn soort om te laten zien hoe de structuur in het begin van de tijd evolueerde zoals we die begrijpen.
De Big Bang-theorie (niet te verwarren met de populaire televisieshow) is bedoeld om de evolutie van het universum te beschrijven. Hoewel veel experts zeggen dat het laat zien hoe het universum 'uit niets' kwam, zegt het concordantie-kosmologische model dat de theorie beschrijft niets over waar het universum vandaan komt. In plaats daarvan richt het zich op het toepassen van twee grote natuurkundemodellen (algemene relativiteitstheorie en het standaardmodel van deeltjesfysica). Lees hier meer over de Big Bang.
CMB is, eenvoudiger gezegd, elektromagnetische straling die het heelal vult. Wetenschappers geloven dat het een echo laat zien van een tijd waarin het heelal veel kleiner, heter en dichter was en tot de rand gevuld was met waterstofplasma. Het plasma en de straling eromheen koelden geleidelijk af naarmate het heelal groter werd. (Meer informatie over de CMB is hier.) Op een bepaald moment was de gloed van het plasma zo dicht dat het heelal ondoorzichtig was, maar de transparantie nam toe naarmate stabiele atomen werden gevormd. Maar de restjes zijn nog steeds zichtbaar in het magnetronbereik.
Het nieuwe onderzoek gebruikte ultrakoude cesiumatomen in een vacuümkamer aan de Universiteit van Chicago. Toen het team deze atomen afkoelde tot een miljardste graad boven het absolute nulpunt (dat is -459,67 graden Fahrenheit of -273,15 graden Celsius), leken de structuren die ze zagen erg op de CMB.
Door de 10.000 atomen in het experiment te blussen om te bepalen hoe sterk de atomen met elkaar interageren, waren ze in staat om een fenomeen te genereren dat grofweg vergelijkbaar is met hoe geluidsgolven in de lucht bewegen.
"Bij deze ultrakoude temperatuur worden atomen collectief opgewonden", zegt Cheng Chin, natuurkundig onderzoeker aan de Universiteit van Chicago die aan het onderzoek heeft deelgenomen. Dit fenomeen werd voor het eerst beschreven door de Russische natuurkundige Andrei Sacharov en staat bekend als Sacharov-akoestische oscillaties.
Dus waarom is het experiment belangrijk? Zo kunnen we nauwkeuriger volgen wat er na de oerknal is gebeurd.
De CMB is gewoon een bevroren moment en evolueert niet, waardoor onderzoekers zich in het laboratorium moeten verdiepen om erachter te komen wat er gebeurt.
"In onze simulatie kunnen we de hele evolutie van de Sacharov-oscillaties daadwerkelijk volgen", zegt Chen-Lung Hung, die het onderzoek leidde, behaalde zijn Ph.D. in 2011 aan de University of Chicago en nu aan het California Institute of Technology.
Zowel Hung als Chin zijn van plan meer werk te doen met de ultrakoude atomen. Toekomstige onderzoeksrichtingen kunnen zaken omvatten zoals hoe zwarte gaten werken of hoe sterrenstelsels werden gevormd.
U kunt het gepubliceerde onderzoek online lezen op Wetenschap‘S website.
Bron: University of Chicago
