Физики из университета Ланкастера провели эксперимент, который, по их мнению, может служить лабораторной моделью для исследования ранней истории Вселенной, сообщает журнал Nature.
Предполагается, что на раннем этапе своего существования наша Вселенная пережила период очень быстрого (инфляционного) расширения, оказавший заметное влияние на ее дальнейшую структуру. По поводу того, что его вызвало, единого мнения нет.
По одной из версий теории струн, расширение было вызвано столкновением двух бран. Браной (от мембрана) здесь называется гипотетический трехмерный объект, существующий в пространстве большей размерности (подобно тому, как лист бумаги с нулевой толщиной был бы двумерным объектом в трехмерном пространстве). Гипотеза гласит, что вся наша Вселенная находится на одной такой бране. Столкновение ее с другой браной вызвало расширение.
Столкновение привело также к возникновению множества дефектов - струн, которыми пронизано наше пространство. В результате колебаний и взаимодействия этих струн возникают все фундаментальные частицы и их фундаментальные взаимодействия. До сих пор ни одной струны, однако, не было обнаружено.
Проверить эту гипотезу экспериментально затруднительно, так как воспроизвести столкновение двух объектов масштаба Вселенной довольно сложно. Ланкастерские физики использовали неожиданную модель: цилиндр размером 8 на 45 миллиметров, заполненный жидким гелием-3 (изотоп гелия, ядро которого содержит два протона и нейтрон).
Гелий-3, охлажденный до температуры 0,15 градуса выше абсолютного нуля, становится сверхтекучей жидкостью. В нем возникают квазичастицы (условно выделяемые частицы), способные без сопротивления перемещаться по жидкости. Сверхтекучий гелий может существовать в двух фазах, условно называемых А и Б. При переходе из одной фазы в другую квазичастицы, однако, могут испытывать сопротивление.
При помощи магнитного поля физики создали из гелия "бутерброд": тонкую полоску фазы А между двумя разделами фазы Б, представлявших собой аналог бран. Исследователи считают, что аналогия правомерна: поведение жидкого гелия математически описывается примерно теми же уравнениями, что и события в ранней Вселенной.
После этого экспериментаторы убирали поле, фаза А исчезала, "браны" сталкивались. Казалось бы, с исчезновением фазы А квазичастицы должны были перестать встречать сопротивление, однако оно продолжало существовать - значит, что-то должно было его вызывать. Исследователи предполагают, что вызывали его квантовомеханические дефекты, возникшие при столкновении - аналоги предсказываемых теорией струн.
У других экспертов правомерность моделирования ранней Вселенной жидким гелием вызывает сильные сомнения. Тем не менее, сотрудничество специалистов по физике конденсированных сред и по теории струн может оказаться плодотворным.