Phasenübergänge im frühen Universum und ihre Signale

Phasenübergänge, wie das Sieden von Wasser oder das Schmelzen eines Metalls, sind alltägliche, aber faszinierende Phänomene, die Jahrzehnte für Jahrzehnte zu Überraschungen führen. Sie treten häufig auf, wenn die Temperatur einer Substanz geändert wird, durch die Keimbildung von Blasen der neuen Phase, die sich dann ausdehnt. Am Ende hat die neue Phase den ganzen Container übernommen.

Das frühe Universum bestand aus einem heißen Plasma, dessen Temperatur mit der Expansion des Universums abnahm. Viele Physiker spekulieren, dass kurz nach dem Urknall ein Phasenübergang stattgefunden haben könnte. Dies hätte dann zur Keimbildung von Blasen und deren anschließenden Kollisionen geführt. Solche Kollisionen würden starke Wellen in der Raumzeit erzeugen, die in geplanten Gravitationswellendetektoren beobachtet werden könnten. Die Laser Interferometer Space Antenna (LISA) mit einem vorläufigen Startdatum im Jahr 2037 ist eine solche Sonde, die diese frühen Raumzeitwellen des Universums möglicherweise erkennen kann.

Die Beschreibung früher Phasenübergänge im Universum war jedoch eine Herausforderung. Die Forscher der Universität Helsinki, Oscar Henriksson, Mark Hindmarsh und Niko Jokela, gingen dieses Problem zusammen mit Kollegen der University of Oviedo und der University of Sussex mit einer Technik aus der Stringtheorie an, die als holografische Dualität bekannt ist. Sie zeigten, wie die Dualität genutzt werden kann, um das Problem auf ein besser handhabbares abzubilden, und wie die wichtigen Größen, die die Blasenkeimbildung und die damit verbundenen Gravitationswellensignale beschreiben, extrahiert werden können.

In Zukunft können diese neuen Methoden direkt in realistischeren Szenarien angewendet werden, wobei der Ausgangspunkt eine mögliche Erweiterung des Standardmodells der Teilchenphysik wäre.

Die Ergebnisse wurden am 29. März im Journal veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung. Die Gruppe bewältigt auch das verbleibende Hindernis, die Berechnung der Blasenwandgeschwindigkeit, die für die vollständige erste prinzipielle Beschreibung des frühen Phasenübergangs im Universum und dessen Einfluss auf das Gravitationswellenspektrum benötigt wird.