Il grafene a doppio strato ispira il modello cosmico dell’universo

Il foglio curvo di grafene, posizionato su un altro foglio curvo, crea un nuovo schema che influenza il modo in cui l’elettricità viaggia attraverso le lastre. Il nuovo modello presuppone che una fisica simile potrebbe verificarsi se due universi adiacenti potessero interagire. Prestito: Alireza Parhizkar, JQI

I fisici a volte inventano storie folli che sono come la fantascienza. Alcuni sono veri, come il modo in cui la curvatura dello spazio-tempo descritta da Einstein è stata infine dimostrata da misurazioni astronomiche. Altri rimangono semplici possibilità o interessi matematici.

Nel nuovo giornale Esame di revisione fisicaIl partner JQI Viktor Galitsky և Il post-laurea JQI Alireza Parhizkar ha esplorato la possibilità immaginaria che solo la metà dei nostri mondi interagisca. Il loro modello matematico può fornire una nuova prospettiva sulle caratteristiche fondamentali della realtà, incluso il motivo per cui il nostro universo si espande in questo modo e come si relaziona alle lunghezze più piccole consentite nella meccanica quantistica. Questi argomenti sono cruciali per comprendere il nostro universo e fanno parte di uno dei grandi misteri della fisica moderna.

La coppia di scienziati è incappata in questa nuova prospettiva mentre studiava i fogli di grafene con un uovo esagonale che ripeteva uno strato atomico di carbonio. Si sono resi conto che gli esperimenti sulle proprietà elettriche dei fogli di grafene avevano prodotto risultati che somigliavano a un piccolo universo in modo che il fenomeno sottostante potesse essere esteso ad altre aree della fisica. Nelle pile di grafene, un nuovo comportamento elettrico deriva dall’interazione di singoli fogli, quindi è possibile che una fisica unica possa derivare in modo simile da strati interagenti, forse nelle teorie cosmologiche dell’intero universo.

“Pensiamo che questa sia un’idea eccitante e ambiziosa”, ha affermato Galitsky, professore di fisica teorica al Dipartimento di fisica di Chesapeake. “In un certo senso, è quasi dubbio che funzioni così bene, ‘predicendo’ naturalmente le caratteristiche di base del nostro universo, come l’inflazione և la particella di Higgs, come abbiamo descritto nella successiva edizione preliminare”.

Le proprietà elettriche uniche del grafene esposto հնարավոր La possibile connessione di avere gemelli alla nostra realtà deriva da una fisica speciale prodotta da schemi chiamati regolarità moiré. I motivi moiré si formano quando due motivi ripetuti, dagli esagoni degli atomi di grafene agli schermi delle finestre, si sovrappongono e uno degli strati viene attorcigliato, attorcigliato o allungato.

I modelli risultanti possono essere ripetuti su lunghezze maggiori rispetto ai modelli sottostanti. Nuovi schemi nelle pile di grafene stanno cambiando la fisica dei fogli, in particolare il comportamento degli elettroni. In un caso speciale chiamato “grafene ad angolo magico”, il pattern molare viene ripetuto per una lunghezza che è circa 52 volte la lunghezza di un singolo foglio di carta, consentendo un nuovo comportamento. , inclusa la superconduttività.

Galitsky արհ Parhizkar si rese conto che la fisica di due fogli di grafene poteva essere reinterpretata come la fisica di due universi bidimensionali, dove gli elettroni a volte volano attraverso l’universo. Ciò ha ispirato la coppia a generalizzare la matematica da applicare a universi di qualsiasi dimensione, incluso il nostro spazio quadridimensionale, per esplorare se un tale fenomeno, derivante dai modelli di Moire, potrebbe verificarsi in altre aree della fisica. Questo ha posto le basi per un’indagine che li ha portati faccia a faccia con uno dei maggiori problemi della scienza spaziale.

“Abbiamo discusso se potremmo osservare la fisica dei moirs quando due universi reali si fondono in uno”, afferma Parhizkar. “Cosa vuoi cercare quando fai questa domanda?” “Per prima cosa devi conoscere la scala di lunghezza di ogni universo.”

La scala della lunghezza, o scala del valore fisico, descrive generalmente il livello di accuratezza che corrisponde a ciò che stai guardando. Se si misura la dimensione di un atomo, sono possibili dieci miliardesimi di metro, ma quella scala è inutile se si misura un campo da calcio perché è su una scala diversa. Le teorie della fisica stabiliscono i limiti fondamentali sulle scale più piccole e più grandi che hanno senso nelle nostre equazioni.

La scala dell’universo, che si riferiva a Galitsky և Parhizkar, è chiamata lunghezza di Planck և definisce la lunghezza più piccola che corrisponde alla fisica quantistica. La lunghezza di Planck è direttamente correlata a una costante chiamata costante cosmologica, che è inclusa nelle equazioni di campo della relatività generale di Einstein. Nelle equazioni, la costante influenza se l’universo tende ad espandersi o contrarsi oltre le influenze gravitazionali.

Questa costante è fondamentale per il nostro universo. Quindi, per determinarne il valore, gli scienziati, in teoria, devono semplicemente guardare l’universo, misurare alcuni dettagli, come la velocità con cui le galassie si allontanano l’una dall’altra, combinare tutto in equazioni e calcolare cos’è una costante.

Questo semplice piano pone un problema perché il nostro universo contiene sia effetti relativi che quantistici. L’effetto delle oscillazioni quantistiche in un enorme vuoto di spazio deve influenzare il comportamento anche su scala cosmica. Ma quando gli scienziati cercano di combinare la comprensione relativa dell’universo di Einstein con le teorie sul vuoto quantistico, si imbattono in problemi.

Uno di questi problemi è che quando i ricercatori cercano di utilizzare le osservazioni per approssimare la costante cosmica, il loro valore calcolato è molto più piccolo di quanto si aspettassero sulla base di altre parti della teoria. È più probabile che il valore salti bruscamente a seconda di quanti dettagli includono nell’approssimazione, piuttosto che fare affidamento su un valore coerente. Questa sfida prolungata è nota come un problema spaziale permanente o talvolta un “disastro da vuoto”.

“Questa è la più grande, incomparabilmente maggiore, discrepanza nelle misurazioni, ciò che possiamo prevedere teoricamente”, ha detto Parhizkar. “Significa che qualcosa non va”.

Poiché i motivi moiré possono causare differenze di scala significative, gli effetti moiré sembravano una lente naturale per osservare il problema. Galitsky և Parhizkar ha sviluppato un modello matematico (che chiamano gravità moiré) basato su due esempi della teoria di Einstein su come l’universo cambia nel tempo, introducendo termini aggiuntivi in ​​matematica che consentono ai due esempi di interagire. Invece di guardare le scale di lunghezza dell’energia del grafene, hanno osservato le costanti cosmiche և lunghezze.

Galitsky afferma che l’idea è nata spontaneamente mentre lavoravano a un progetto apparentemente non correlato finanziato dalla John Templeton Foundation, che si concentra sullo studio dei flussi idrodinamici del grafene e di altri materiali per imitare i fenomeni astrofisici.

Giocando con il loro modello, hanno dimostrato che due mondi interagenti con grandi costanti cosmiche possono eliminare il comportamento previsto per costanti cosmologiche separate. Le interazioni producono comportamenti che sono governati da una costante cosmica efficiente comune che è molto più piccola delle costanti individuali. Il calcolo della costante cosmologica effettiva aggira il problema posto dai ricercatori, poiché nel tempo gli effetti dei due universi nel modello si cancellano a vicenda.

“Non affermiamo mai che risolva il problema dello spazio permanente”, ha detto Parhizkar. “Allora è semplicemente venuto alla nostra attenzione. È solo una buona idea che se hai due universi con enormi costanti cosmiche, ad esempio 120 volte più grandi di quanto vediamo, և se li combini, c’è ancora una possibilità. che da esse si possa ricavare una piccolissima costante di spazio effettiva”.

Durante il lavoro iniziale Galitsky և Parhizkar iniziò a fare affidamento su questa nuova prospettiva, immergendosi in un modello più dettagliato di mondi interagenti, che chiamarono “mondi duali”. Ciascuno di questi mondi è esso stesso un mondo completo secondo i nostri standard ordinari, ciascuno riempito con gruppi corrispondenti di campi di tutti i materiali. Poiché la matematica lo permetteva, includevano campi che vivevano in due mondi contemporaneamente, che chiamavano “campi anfibi”.

Il nuovo modello ha prodotto ulteriori risultati che i ricercatori trovano intriganti. Quando hanno fatto i conti, hanno scoperto che parte del modello sembravano campi solidi che facevano parte della realtà. Un modello più dettagliato presuppone che i due mondi possano spiegare la piccola costante cosmica է dettagli come una tale biosfera possa dare un chiaro segno di radiazione cosmica di fondo, luce che si è propagata sin dai primi giorni dell’universo.

Questa firma potrebbe essere stata vista o meno nelle misurazioni del mondo reale. Pertanto, esperimenti futuri potrebbero rivelare se questa prospettiva unica ispirata al grafene meriti maggiore attenzione o sia semplicemente una notizia eccitante nel cestino dei giocattoli dei fisici.

“Non abbiamo studiato tutti gli effetti, è difficile da fare, ma la teoria è stata falsificata sperimentalmente, il che è positivo”, ha affermato Parhizkar. “Se non è contraffatto, è molto interessante, perché risolve il problema cosmico fisso mentre descrive molte altre parti importanti della fisica. Personalmente non ho speranze in questo, penso che sia troppo grande per essere reale”.


Il centenario dello spazio lambda


Informazioni aggiuntive.
Alireza Parhizkar և Altri, Grafene a doppio strato intenso, scale di energia emergenti և Gravità del moar, Esame di revisione fisica (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevResearch.4.L022027:

Alireza Parhizkar, Victor Galitsky, Moiré Gravity and Cosmology. arXiv: 2204.06574v1: [hep-th]arxiv.org/abs/2204.06574:

Fornito dal Joint Quantum Institute

Citazione:Il grafene a doppio strato ispira il modello spaziale di due universi (6 maggio 2022), recuperato il 6 maggio 2022 https://phys.org/news/2022-05-bilayer-graphene-two-universe-cosmological.html

Questo documento è soggetto a copyright. Nessuna parte di questa transazione può essere riprodotta senza la nostra autorizzazione scritta, fatta eccezione per qualsiasi transazione o ricerca privata. Il contenuto è solo a scopo informativo.

Leave a Comment

Your email address will not be published.