Фізики з Токіо винайшли спосіб точного вимірювання законів природи у ранньому Всесвіті

Науковці з Японії запропонували новий спосіб зменшити невизначеність у вимірюваннях космічної біпреференції — явища, коли поляризація світла від реліктового випромінювання Всесвіту змінює напрям під час поширення. Робота дослідників, опублікована в журналі Phys­i­cal Review Let­ters, відкриває шлях до точніших досліджень фундаментальної фізики.

Космічна біпреференція може бути пов’язана з новими елементарними частинками, наприклад, аксіонами, і допомогти зрозуміти природу темної матерії та темної енергії. Проблема полягала в тому, що вимірювання кута обертання поляризації мали фазову неоднозначність: різні значення, відмінні на 180 градусів, виглядали однаково.

Теоретично розраховані кореляції ЕБ. Сигнал кореляції ЕБ є подібним для всіх кутів обертання, показаних тут, і практично не відрізняється (верхній рисунок). Однак при збільшенні лівої частини верхнього рисунка (позначеної стрілкою) виявляються відмінності у формі сигналу (нижній рисунок). Джерело: Naokawa et al

Команда під керівництвом аспіранта Університету Токіо Фуміхіро Наокави показала, що детальна форма сигналу — так званої EB‑кореляції — містить інформацію про кількість обертів. Це дозволяє зняти неоднозначність і визначити правильний кут. Вчені також виявили, що ефект впливає на інший важливий параметр — EE‑кореляцію, яку використовують для оцінки «оптичної глибини» Всесвіту. Це означає, що попередні оцінки можуть потребувати перегляду.

Концептуальна схема 180-градусної фазової невизначеності, що виникає під час вимірювання кута повороту космічного двопроменезаломлення. Світло (позначене на схемі жовтим символом) має напрямок, який називається поляризацією (показаний на схемі червоними лініями). Явище, при якому цей напрямок обертається під час поширення світла, називається «космічним двопроменезаломленням». Джерело: Naokawa, Namikawa, higgstan.com

Окремо дослідники запропонували методи для зменшення похибок, які виникають через телескопи, та показали, що підтвердити космічну біпреференцію можна за допомогою спостережень за радіогалактиками з надмасивними чорними дірами.

Розроблений підхід стане важливим інструментом для майбутніх проєктів, таких як Simons Obser­va­to­ry та Lite­BIRD, і може допомогти перевірити нові фізичні теорії. Науковці наголошують: точні вимірювання цього ефекту відкривають можливість досліджувати фундаментальні закони природи у найдавніших етапах історії Всесвіту.