Physik-Labor an Universität Heidelberg erzeugt frühes Universum

Symbolbild: Wellenförmige Ausbreitung im frühen Universum (Illu.). Copyright/Quelle: geralt (via Pixabay.com) / Pixabay License
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Symbolbild: Wellenförmige Ausbreitung im frühen Universum (Illu.).Copyright/Quelle: geralt (via Pixabay.com) / Pixabay License

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Heidelberg (Deutschland) – Mit heruntergekühlten Kalium-Atomen haben Physiker und Physikerinnen an der Universität Heidelberg ein physikalisches Modell als Analog des frühen Universums erstellt, um damit die Bedingungen kurz nach dem Urknall zu simulieren, wie sie aufgrund nicht vorhandener Rückstände aus dieser Zeit bislang nur theoretisch untersucht werden konnten.

Wie das Team um Celia Viermann vom Kirchhoff-Institut für Physik an der Universität Heidelberg aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/s41586-022-05313-9) berichtet, basiert ihr als “Quantenfeldsimulator” bezeichneter Ansatz auf der Theorie, wonach der sogenannte Urknall den Beginn unseres heutigen, sich fortwährend ausdehnenden Universum bildete.

Wie in den meisten Theorien und Modellen zum frühen Universum, so geht auch das Modell der Heidelberger Physikerinnen und Physiker von einem sehr kalten frühen Universum aus. Dem derart heruntergekühlten Modell fügten die Forschenden sodann Kaliumatome hinzu, die in dem Modell die Funktion des frühen Universums einnehmen. Diese bis auf knapp über dem absoluten Nullpunkt herabgekühlten Atome verlangsamten sie in einem nächsten Schritt mithilfe von Lasern, wodurch die Entstehung eines Bose-Einstein-Kodensats und damit eine Form von Superflüssigkeit entstand. Sodann nutzen die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen Licht eines speziell konzipierten Projektors, um die Atome in bestimmte Anordnungen zu versetzen. Auf diese Weise breiten sich supraflüssige Exitone (sog. Phononen) in zwei Richtungen aus.

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Indem die Forschenden dann die Geschwindigkeit dieser Ausdehnung kontrolliert veränderten, konnten sie tatsächlich die bereits zuvor theoretische vorhergesagte Wellen- bzw. Ausbreitungsgeschwindigkeit im frühen Universum nachahmen.

Auf der Grundlage ihrer ersten Simulationen vermuten die Physiker und Physikerinnen aus Heidelberg, dass deren Physik jener gleich, die auch im jungen Universum vorherrschte, als die ersten Teilchen unmittelbar nach dem Urknall entstanden. Tatsächlich zeigte die Simulation denn auch Wellenmuster, wie es von jener Theorie vorhergesagt wird, innerhalb dessen zunächst (freie) Teilchenpaare entstanden.




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Recherchequelle: Nature

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