編集者注: この記事が掲載されてから数か月後、BICEP2 データをさらに分析した結果、信号が重力波ではなく塵によるものである可能性が最も高いことが明らかになりました。この問題の詳細については、記事「「ビッグバン信号」はすべて塵になる可能性があります」および「共同塵分析がビッグバン信号を収縮させる」を参照してください。
南極の望遠鏡は、宇宙がどのように始まったかを明らかにし、物理学の壮大な統一理論を指し示す可能性がある太古の光の微妙な渦を検出した、と科学者たちは本日報告した。
マサチューセッツ工科大学のノーベル賞を受賞した物理学者であるフランク ウィルチェックは、「確認されれば、宇宙論における絶対的に最大の発見の 1 つになるでしょう」と述べています。
ハーバード・スミソニアン天体物理学センターおよびその他の機関の科学者は、Bicep2 望遠鏡を使用して、初期宇宙から来るマイクロ波放射が原始重力波から生じると予想されるタイプの偏光を示すことを発見した、と科学者は述べた。これらの波 — 空間と時間の構造の波紋 — は、宇宙の最初の瞬間の急速な膨張の期間である「インフレーション」の間に宇宙の形に刻印されました.
理論物理学者は何十年も前に、原始重力波が初期宇宙からの偏光を持っていた可能性があると指摘しましたが、信号が検出できるほど強いかどうかは誰も知りませんでした.
カリフォルニア工科大学の物理学者でプロジェクトの共同リーダーであるジェイミー・ボックは、次のように述べています。 「私たちは、時の夜明けから来る信号を測定しています。」
マイクロ波がBモード偏波と呼ばれる渦巻きパターンを示すことはほとんど疑いの余地がありませんが、信号の他の可能性のあるソースを除外し、それが原始重力波に由来することを確認するには、独立した観測が必要です.しかし、研究者は、新しい結果が他の実験を成功に導き、1年以内に統計的確実性で発見を確認する可能性があると述べています.検証された場合、重力波のこの直接的な証拠は、インフレーションが起こったことを証明するだろう、と専門家は述べた。また、波のサイズは宇宙がどれだけ激しく膨張したかに依存するため、宇宙に注入されてばらばらになったエネルギーの量も明らかになります。これは、なぜそれが起こったのかに関する主要な手がかりです。
Bicep2 によって検出された B モードのサイズは、宇宙が約 10 秒経過し、2 x 10 ギガ電子ボルトのエネルギーが充満したときにインフレーションが発生したことを示しています。このエネルギー スケールは、物理学者が研究室の実験で調べたものよりも 20 兆倍も大きいですが、この分野の多くの人にとって驚くほどよく知られています。研究者は 1970 年代と 1980 年代に、既知の物理法則に欠けている部分がいくつかある限り、自然界の 3 つの力が等しい強さを達成し、まさにこのエネルギー スケールで 1 つの力に結合することを発見しました。この偶然の一致により、多くの物理学者は、この「大規模に統一された」力が異なるタイプに分裂したことがインフレを引き起こしたのではないかと考えています。
ジョンズ・ホプキンス大学の物理学と天文学の教授であるマーク・カミオンコフスキーは、自然の力が一緒に融合されたという理論に言及して、「Bモードの検出は、インフレーションの原因となる新しい物理学が大統一を伴う可能性があるという強力なヒントを提供するでしょう」と述べた.
Kamionkowski は、1990 年代後半に重力波の証拠として B モードを探す計画を思いつくのを助け、Bicep2 のような実験的取り組みを動機付けました。 「しらふでいるようにしていますが、ビッグバンから 10 秒後に新しい遺物が見られるかもしれないと考えると非常にワクワクします。さらに、私がその前に何らかの役割を果たした可能性があると考えると、非常に興奮します。 」と彼はメールで言いました。
原初の B モードの証拠を見つけるために、Bicep2 の主任研究員であるハーバード大学のジョン・コバックと彼のチームは、宇宙マイクロ波背景放射の変化を探しました。バン。これは、宇宙を満たしていた荷電粒子の不透明なスープが十分に冷却されて中性原子に凝固し、光が自由に宇宙を自由に移動できるようになったときです。この光は今もあらゆる方向から地球に降り注いでおり、その偏光は初期宇宙で最後に粒子から跳ね返った時点での時空の形状を示しています。
光の偏光に見られる粗粒度の渦巻きパターンは、時空における巨大なバックルの効果と一致しました — インフレーション中に巨大な割合に伸びる重力波.
「私たちがここでテストしている話は、とても幻想的に思えます」とコヴァックは今日、マサチューセッツ州ケンブリッジでの記者会見で語った。 —信号が本物であると信じるには、多くの説得力が必要でした.しかし、12 月末までに、データは各テストに合格しました。」
重力波が発生したのは、量子力学によれば、粒子がランダムに現れたり消えたりするためであり、このようにして発生した重力粒子は、池の表面に衝突する小石のように、時空にさざなみのカスケードを送る.これらの粒子がインフレーション中に発生すると、波紋が刻印され、時空が拡大するにつれて拡大しました。波紋が伸びた正確な量と、Bicep2 によって観測された B モードの渦巻きパターンの結果のサイズは、時空がいかにエネルギー的に膨張したかを明らかにします。これは、理論家がなぜそうしたのかを理解するのに役立ちます.
ジョンズ・ホプキンス大学の研究者が率いる Cosmology Large-Angular Scale Surveyor と呼ばれるプロジェクトなどの他の実験では、時空のさらに大きなバックルを特徴付けることが期待されています。これは、インフレーションの初期の宇宙のエネルギー密度に対応します。これらの実験は、「したがって、インフレがどのように進化したかについて何かを推測するのに役立ちます」とカミオンコフスキーは言いました。 「発見したことの詳細は、インフレの正しいモデルに焦点を合わせるのに役立ちます。」
インフレーションの理論は、もともとマサチューセッツ工科大学の物理学者であるアラン・グースなどによって、宇宙の滑らかさを説明するために引き合いに出されました。インフレーションはおそらく、新しい宇宙に浸透したインフレーション フィールドと呼ばれる実体が突然エネルギーを注入され、圧力の下で風船のように膨らんだために発生したと考えられます。このインフレーション場が他の物理学とどのように適合するかについては、多くのアイデアが存在します。新しい手がかりは、強い力、弱い力、電磁力を分離する同じ位相変化が宇宙を膨張させ、元の法則の完全な対称性を低下させる方法で、おそらくいくつかの基本的な定数の値も揺らした可能性があることを示唆しています。物理学の。 CERN 研究所の理論物理学者である Adam Falkowski と他の理論家は、これらのプロセスを結び付ける新しいアイデアが急増することを期待していると述べています。
追加のボーナスとして、原始重力波の発見は、重力が実際にグラビトンと呼ばれる量子粒子から来ていることを強く示唆しています. 「これらの B モードが重力波によるものであり、インフレーションによるものであることを示すことができれば、重力が量子化されていることを示すことができます。 Wilczekが共著した1月の論文で。 「重力子は存在します。」
原初の重力波を検出できれば、「宇宙の起源にさらに近づくことができるでしょう」と Wilczek 氏は述べています。 「それはマイルストーンであり、さらなる探求のためのプラットフォームでもあります。しかし、夢中になる前に確認することが重要です。」
