一个微型宇宙显示粒子可以从空的空间浮现

新科学家By Karmela Padavic-Callaghan

9 November 2022

PHYSICS 

一个第一种用超冷钾原子模拟这个宇宙的实验提出在一个弯曲的、扩张的宇宙中成对的粒子从空的空间蹦出

一项用冷原子的实验提出粒子从空的空间蹦出。vitacop / Alamy Stock Photo

一个微小的扩张的宇宙的类似已经被用极冷的钾原子创造。它可以被用来帮助我们理解极端难来直接探测的宇宙现象，诸如随宇宙扩张可能在空的空间中创造的粒子对。

德国海德堡大学的马库斯·奥伯塞勒和他的同事们在一个真空中冷却了20000多个钾原子，用激光来减慢钾原子下来并降低它们的温度到绝对零度以上60纳开尔文或一度的600亿分之一。

在这个温度，原子形成了一个大约一个人类头发宽的云，它们不是冻结而是变成了一个叫玻色-爱因斯坦凝聚态的量子液体一样的相。这一相中的原子能被用照射在它们上的光控制------研究人员使用一个微型投影仪，精确的设置这些原子的密度、在空间中的排列以及它们施加在彼此上的力。

通过改变这些属性，研究小组使原子遵循一个叫空时度量的方程，在一个实际的全尺度宇宙中这个方程决定光多被弯曲、光传播的多快以及靠近非常大的天体一定被弯曲多少。奥伯塞勒说，这是第一个已经用冷原子来模拟一个弯曲和扩张的宇宙的实验。

当研究人员用了他们的投影仪来做出原子模拟一个膨胀的宇宙时，原子刚好以如果粒子对蹦入存在的涟漪模式移动------一种叫种叫粒子对产生的现象。研究人员说这提出这些粒子对能被产生在一个膨胀的宇宙中，就像我们自己的宇宙一样。

西班牙巴塞罗那自治大学的阿莱西奥·塞利说，这个新实验是一个放量子效应和引力在一起的非常精确的游乐场。他说，物理学家不相当知道这两者在我们生活的宇宙中如何结合，但是用超冷原子的实验可以让他们尝试出一些想法，而他们可以激发在我们的远更大、更复杂的宇宙中观测的新目标。

德国耶拿大学的斯蒂凡·弗洛尔辛格是该研究小组的一员，他说，未来用同一系统的实验可能导致一个我们的宇宙的量子属性的更好理解。

期刊参考: Nature, DOI: 10.1038/s41586-022-05313-9ce/

https://www.newscientist.com/article/2346036-a-miniature-universe-shows-particles-may-emerge-out-of-empty-space/