Un lavoro rivoluzionario condotto dai fisici della Monash University ha aperto un nuovo percorso per comprendere la fisica fondamentale dell'universo.

Il lavoro, presentato in una recensione internazionale pubblicata su Progress in Particle and Nuclear Physics , fa seguito a quasi un decennio di lavoro degli scienziati della Scuola di Fisica e Astronomia della Facoltà di Scienze della Monash University.

Le onde gravitazionali sono state rilevate per la prima volta solo di recente, offrendo un'entusiasmante opportunità di approfondire i misteri della fisica delle particelle attraverso le transizioni di fase del primo ordine (FOPT) nel cosmo primordiale.

I FOPT, che si verificano quando nuove simmetrie fondamentali vengono meno al modello standard, svolgono un ruolo vitale nella risoluzione di enigmi fondamentali come il problema della materia cosmica, dell'antimateria, dell'asimmetria o i problemi del settore oscuro, inclusa la materia oscura e le forze oscure. /P>

I ricercatori, incluso l'autore principale della revisione Ph.D. il candidato Lachlan Morris, hanno intrapreso un viaggio per rivedere il processo che porta dai modelli di fisica delle particelle ai GW osservabili, evidenziando gli intricati passaggi coinvolti.

"Il nostro lavoro funge da guida completa per i fisici delle particelle per esplorare l'entusiasmante regno della fenomenologia GW", ha affermato Morris. "Comprendere i FOPT è fondamentale per svelare i misteri del nostro universo."

L'analisi descrive in dettaglio l'intricato viaggio dai modelli di fisica delle particelle ai GW osservabili indotti dai decadimenti del vuoto durante i FOPT.

La revisione, di cui è coautore il professor Csaba Balazs, fa luce sul complesso processo, coprendo passaggi come la costruzione di potenziali effettivi, l'analisi dei tassi di transizione e la previsione degli spettri GW.

"Siamo sull'orlo di una nuova era nell'astronomia delle onde gravitazionali", ha affermato il professor Balazs. "Il futuro riserva un immenso potenziale affinché i rilevatori spaziali e terrestri possano rivelare fenomeni invisibili, potenzialmente provenienti dai FOPT."

La revisione delinea il percorso da un modello di fisica delle particelle ai GW, che contiene molte parti specializzate, tra cui:

• costruzione di un potenziale efficace a temperatura finita in un modello di fisica delle particelle e controllo dei FOPT
• calcolo dei tassi di transizione
• analizzando la dinamica delle bolle di vero vuoto che si espandono in un plasma termico
• caratterizzare una transizione utilizzando parametri termici
• fare previsioni per gli spettri GW utilizzando le simulazioni e i risultati teorici più recenti e considerando la rilevabilità degli spettri previsti nei futuri rilevatori GW.

Per ogni passaggio la revisione enfatizza le sottigliezze, i vantaggi e gli svantaggi dei diversi metodi ed esamina gli approcci all'avanguardia disponibili in letteratura.

"Ciò fornisce tutto ciò di cui un fisico delle particelle ha bisogno per iniziare a esplorare la fenomenologia della GW", ha affermato il professor Balazs.

"Mentre commemoriamo quasi un decennio dalla scoperta rivoluzionaria delle onde gravitazionali, l'era dei rilevatori terrestri ha trasformato la nostra comprensione del cosmo. Tuttavia, l'imminente era dei rilevatori spaziali promette scoperte ancora più straordinarie, potenzialmente svelando i segreti di nuova fisica oltre il modello standard."

Ulteriori informazioni: Peter Athron et al, Transizioni di fase cosmologiche:dalla fisica perturbativa delle particelle alle onde gravitazionali, Progressi nella fisica delle particelle e nucleare (2023). DOI:10.1016/j.ppnp.2023.104094

Fornito dalla Monash University