Pozoruhodné krystaly
Velký třesk pod mikroskopem
04.01.2013 13:58 Původní zpráva
Elektrický náboj v krystalech se chová jako vesmír těsně po svém zrodu. Materiáloví fyzikové s jejich pomocí dokázali ověřit kosmologickou teorii svých teoretických kolegů. Byla stará víc než dvacet let.
Studium velkého třesku a počátků vesmíru je většinou teoretická záležitost. Fyzikové jsou odkázáni hlavně na matematické modely. Možností, jak ověřovat jejich předpovědi, není mnoho. Hlavní je pozorování reliktního záření, elektromagnetického pozůstatku zrodu vesmíru. Prostupuje celé univerzum a jeho vlnová délka odpovídá teplotě asi 2,73 stupňů Kelivina (-270,42 °C). Další možnost jsou nákladné pokusy v urychlovačích částic, při nichž se základní kameny hmoty srážejí s energií, jež by mohla podle současných představ podmínkám těsně po velkém třesku odpovídat.
S novou cestou teď přišel v časopise Physical Review švýcarsko-americký tým materiálových fyziků. Vedla ho odbornice na vědu o materiálech Nicola Spaldinová z technologického institutu v Curychu. Napodobili velký třesk v laboratoři pod mikroskopem. K testu teoretické kosmologické předpovědi použili strukturu látky, jež by se v českém chemickém názvosloví dala označit jako směsný oxid manganito-yttritý. Atomy manganu jsou v něm rozmístěny uvnitř mřížky z atomů kyslíku. Mezi nimi se vznášejí ještě atomy yttria.
Výsledný materiál má pozoruhodné vlastnosti. Když mění teplotu, mění se v něm i rozmístění elektrického náboje. Způsob, jímž se to děje, připomíná chování vesmíru v době, kdy se od sebe navzájem oddělila hmota a síly, které ji drží pohromadě. Podle předpovědi dvojice teoretických fyziků, Brita Thomase Kibbleho a Američana polského původu Wojciecha Zureka se v tomto období objevily ve vesmíru takzvané kosmické struny.
Měla by to být hypotetická narušení topologie rozpínajícího se univerza. Začala vznikat, když vesmír přecházel ze symetrického stavu do asymetrického. Kosmické struny se dosud nikomu nepodařilo pozorovat. Kibble a Zurek ale určili podmínky, v nichž by se měly topologické defekty objevovat v jakýchkoliv systémech, nejen ve vesmíru těsně po velkém třesku.
Skupina Nicoly Spaldinové napřed dokázala, že krystaly, které zkoumají, mají stejný druh symetrie jako rodící se vesmír. Pak vědci spočítali, jak by se měly chovat, pokud by teoretická předpověď dvojice kosmologů platila. Museli k tomu použít superpočítač Monte Rosa, schopný provádět 142 biliónů operací za sekundu.
Nakonec krystaly podchladili, což vyvolalo jejich přechod ze symetrického do asymetrického stavu. V dokonale souměrné struktuře krystalu se začaly objevovat předpovězené defekty. Stačilo je spočítat v mikroskopu a zjistit, jestli jejich výskyt odpovídá teorii. Odpovídal, takže se zdá, že se kosmické struny mohly podle rovnic Kibbleho a Zureka opravdu formovat.
Diskuse
Diskuze u článků starších půl roku z důvodu neaktuálnosti již nezobrazujeme. Vaše redakce.