Сотрудничество LIGO / Virgo устанавливает новые ограничения на космические струны

Сотрудничество LIGO / Virgo / KAGRA, большая группа исследователей из различных институтов по всему миру, недавно установило самые строгие ограничения на гипотетические космические струны на сегодняшний день, используя полный набор данных Advanced LIGO / Virgo O3. Этот набор данных содержит последние данные о гравитационных волнах, обнаруженных сетью из трех интерферометров, расположенных в США и Италии.

«Мы хотели использовать самые свежие данные третьего цикла наблюдений (набор данных O3), чтобы наложить ограничения на космические струны», — говорят исследователи.

Теории поля предсказывают, что по мере того, как Вселенная расширяется и ее температура падает, она претерпевает серию фазовых переходов, за которыми следуют спонтанно нарушенные симметрии, которые могут оставить после себя топологические дефекты, реликты предыдущей, более симметричной фазы Вселенной.

«Чтобы привести пример, если вы возьмете воду в ее жидкой форме и уменьшите температуру ниже нуля градусов по Цельсию, она затвердеет», —  объясняют ученые. «Внутри кубика льда вы можете увидеть волокна, в которых вода находится в жидкой форме. Это явление также может происходить во Вселенной».

Одномерные топологические дефекты называют космическими струнами. Хотя модели физики элементарных частиц предсказывают существование космических струн, в настоящее время нет никаких наблюдательных подтверждений их существования.

 Смотрите также: Физики сделали пошаговые инструкции по созданию червоточины

Чем тяжелее космические струны, тем сильнее будет их гравитационное воздействие. Анализируя данные наблюдений, исследователи могут наложить ограничения на параметр, который говорит нам, насколько тяжелы эти объекты.

Установление ограничений на космические струны также позволяет исследователям ограничивать модели физики элементарных частиц и космологические сценарии. Используя данные о гравитационных волнах, ученые могут тестировать модели физики элементарных частиц на энергетических масштабах, недоступных для таких ускорителей, как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе.

Примечательно, что недавние ограничения, установленные коллаборацией LIGO / Virgo / KAGRA, сильнее, чем ограничения, установленные нуклеосинтезом Большого взрыва, синхронизацией пульсаров или данными космического микроволнового фона. Они также улучшили предыдущие ограничения, установленные LIGO / Virgo, на 1-2 порядка.

«По мере того, как будет доступно больше данных, мы сможем установить еще более строгие ограничения. Однако с теоретической точки зрения также важно создать и исследовать новые модели космических струн и изучить последствия нашей работы для физики элементарных частиц за пределами Стандартной модели», — говорят ученые.

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.