Расширение Вселенной воссоздано в лаборатории

Физики реализовали модель расширения Вселенной на основе ультрахолодных атомов. Авторы считают, что полученная система может использоваться для проверки космологических теорий. Исследование опубликовано в журнале Physical Review X.

В современной физике все большую популярность приобретает лабораторное моделирование одних физических процессов посредством других. Одной из самых удобных систем для манипулирования являются облака холодных атомов, находящихся в состоянии конденсата Бозе—Эйнштейна. Их используют для изучения других феноменов, с которыми экспериментировать непосредственно, такими как сверхтекучее твердое тело, необычные сверхпроводники и черные дыры.

В новой статье физиков из Мэрилендского университета в Колледж-Парке в США показывается, что облако конденсата очень похоже на раннюю Вселенную. В работе использует несколько сотен тысяч холодных атомов натрия-23, пойманных в лазерную ловушку в форме бублика. Затем радиус ловушки увеличивается в несколько раз за несколько десятков миллисекунд, из-за чего конденсат расширяется со сверхзвуковой скоростью. В течение процесса физики получали изображения системы, из которых можно вычислить временную эволюцию таких параметров, как плотность конденсата, а также амплитуд и частот характеризующих его фононов — квантов колебаний.

В результате удалось обнаружить аналогии с расширяющейся Вселенной. Во-первых, длины волн фононов в конденсате увеличивались так же, как и во Вселенной вследствие космологического красного смещения. Во-вторых, динамику конденсата можно было точно описать только при учете затухания особого рода, похожего на хаббловское трение из космологии. В-третьих, ученые наблюдали переход энергии из мод, связанных с однородным расширением по радиусу, в локальные вихри и фононы, которые нагревали конденсат. Авторы считают, что этот процесс может быть аналогом стадии первичного разогрева Вселенной в рамках инфляционной космологии, когда однородное поле инфлатона, обеспечивавшее ускоренной расширение ранней Вселенной, распалось на множество возбуждений, которые привели к быстрому росту температуры.