Jaká byla kosmologická inflace? Kredit: CC0 Public Domain.

Velký hadronový srážeč LHC v CERNu není špatný. Má už na svém kontě nějaké ty zajímavé objevy. Co kdybychom ale jako „přírodní“ urychlovač částic využili něco mnohem, ale vážně mnohem většího? Xingang Chen z centra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) a jeho spolupracovníci ponechali stranou skromnost a jako urychlovač částic použili hned celý známý vesmír.

Xingang Chen.

Kredit: Harvard University.

Jde samozřejmě o nadsázku, ale vlastně jen malou. Je to každopádně pozoruhodný nápad. Chenův tým propojil strukturu vesmíru v těch největších měřítcích, kterou mimo jiné vyjadřuje i pozorované mikrovlnné reliktní záření, s těmi nejmenšími objekty vesmíru – elementárními částicemi, jimiž se obvykle zabývají fyzici na svých pozemských urychlovačích.

Co zatím víme, tak jejich vesmírný urychlovač vypálil jen jednou. Byla to tehdy ale pořádná jízda. Chen a spol. totiž propojili velké struktury vesmíru s elementárními částicemi prostřednictvím kosmologické inflace. Tato inflace je dnes nejvíce přijímanou teorií o tom, co následovalo bezprostředně po Velkém třesku. Zlomek sekundy po svém vzniku ve víru singularity se vesmír díky kosmologické inflaci extrémně nafoukl.

Neznáme detaily a samotný proces inflace, natož jeho příčiny, jsou pro nás stále velkou neznámou. Ale nejspíš se shodneme, že to tehdy musel být naprosto zběsile energetický proces, při němž podle všeho překotně vznikaly, srážely se a zase zanikaly rozmanité částice. Něco podobného se přitom děje v pozemských urychlovačích, i když jejich energie jsou v porovnání s kosmologickou inflací úplně k smíchu.

Kosmologický urychlovač. Kredit: Paul Shellard.

Když fyzici používají své urychlovače, tak mají k dispozici důmyslné metody a přístroje, které jim umožňují odečítat výsledky divokých srážek částic. Je ale otázkou, jak bychom měli číst data z kosmologického urychlovače. Zásadní nejspíš bude pochopit chování částic ve vesmírném urychlovači, stejně jako jsme museli pochopit chování částic v pozemních urychlovačích.

Naše pozorování reliktního záření se neustále zlepšuje. Kredit: NASA/JPL-Caltech/ESA.

Právě o to se Chen s kolegy snaží. Studují hmotnostní spektrum (mass spectrum) elementárních částic Standardního modelu, které je vyjádřené jako relativní počet elementárních částic s různou hmotností. Ve Standardním modelu je toto spektrum uspořádané specifickým způsobem, z ne úplně jasných příčin. Chen a spol. chápou hmotnostní spektrum částic jako „otisk“ Standardního modelu. Tento otisk ale podle nich není stálý. Mění se podle změn podmínek prostředí a v době kosmologické inflace prý vypadal velmi odlišně.

Chenův tým spočítal, že se tento otisk, tedy hmotnostní spektrum částic Standardního modelu, liší pro různé modely kosmologické inflace. Zároveň ukázali, jak by hmotnostní spektrum mělo být „otištěno“ do velkých struktur našeho vesmíru. Otevřeli tím cestu pro případné objevy nové fyziky.

Teď už jenom zbývá takové otisky vystopovat ve stále přesnějších a detailnějších pozorováních vesmíru a mikrovlnného reliktního záření. Jestli budeme mít štěstí a takové otisky skutečně objevíme, tak to bude znamenat nejen vytoužený objev nové fyziky, ale snad také konečně pochopíme mechanismy, které nafoukly vesmír při kosmologické inflaci. Můžeme jen doufat, že to bude brzy.

Video:  Cosmic Inflation by Fermilab.



Video:  How Cosmic Inflation Flattened the Universe | Space Time | PBS Digital Studios


Literatura
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics 19. 7. 2017, Physical Review Letters 118: 261302 (arXiv:1610.06597).