Співпраця LIGO/Virgo/KAGRA, велика група дослідників з різних інститутів по всьому світу, нещодавно встановила найсуворіші обмеження на гіпотетичні космічні струни на сьогоднішній день, використовуючи повний набір даних Advanced LIGO/Virgo O3. Цей набір даних містить останні дані про гравітаційні хвилі, виявлені мережею з трьох інтерферометрів, розташованих у США та Італії.
«Ми хотіли використовувати найсвіжіші дані третього циклу спостережень (набір даних O3), щоб накласти обмеження на космічні струни», - кажуть дослідники.
Теорії поля пророкують, що в міру того, як Всесвіт розширюється і його температура падає, він зазнає серії фазових переходів, за якими йдуть спонтанно порушені симетрії, які можуть залишити після себе топологічні дефекти, релікти попередньої, більш симетричної фази Всесвіту.
«Щоб навести приклад, якщо ви візьмете воду в її рідкій формі і зменшите температуру нижче нуля градусів за Цельсієм, вона затвердіє», - пояснюють вчені. "Всередині кубика льоду ви можете побачити волокна, в яких вода знаходиться в рідкій формі. Це явище також може відбуватися у Всесвіті ".
Одномірні топологічні дефекти називають космічними струнами. Хоча моделі фізики елементарних частинок пророкують існування космічних струн, в даний час немає ніяких спостережних підтверджень їх існування.
Чим важче космічні струни, тим сильніше буде їх гравітаційний вплив. Аналізуючи дані спостережень, дослідники можуть накласти обмеження на параметр, який говорить нам, наскільки важкі ці об'єкти.
Встановлення обмежень на космічні струни також дозволяє дослідникам обмежувати моделі фізики елементарних частинок і космологічні сценарії. Використовуючи дані про гравітаційні хвилі, вчені можуть тестувати моделі фізики елементарних частинок на енергетичних масштабах, недоступних для таких прискорювачів, як Великий адронний колайдер в ЦЕРНі.
Примітно, що недавні обмеження, встановлені колаборацією LIGO/Virgo/KAGRA, сильніші, ніж обмеження, встановлені нуклеосинтезом Великого вибуху, синхронізацією пульсарів або даними космічного мікрохвильового фону. Вони також поліпшили попередні обмеження, встановлені LIGO/Virgo, на 1-2 порядку.
"У міру того, як буде доступно більше даних, ми зможемо встановити ще більш суворі обмеження. Однак з теоретичної точки зору також важливо створити і дослідити нові моделі космічних струн і вивчити наслідки нашої роботи для фізики елементарних частинок за межами Стандартної моделі ", - кажуть вчені.
Дослідження було опубліковано в Physical Review Letters.