Um trabalho inovador liderado por físicos da Universidade Monash abriu um novo caminho para a compreensão da física fundamental do universo.



O trabalho, apresentado em uma revisão internacional publicada em Progress in Particle and Nuclear Physics , segue quase uma década de trabalho de cientistas da Escola de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade Monash.

As ondas gravitacionais só recentemente foram detectadas pela primeira vez, oferecendo uma excelente oportunidade para mergulhar nos mistérios da física de partículas através de transições de fase de primeira ordem (FOPTs) no cosmos primitivo.

Os FOPTs, que ocorrem quando novas simetrias fundamentais se desintegram no modelo padrão, desempenham um papel vital na resolução de puzzles fundamentais como o problema da matéria cósmica, da antimatéria, da assimetria ou dos problemas do sector escuro, incluindo a matéria escura e as forças escuras.

Pesquisadores, incluindo o principal autor da revisão, Ph.D. o candidato Lachlan Morris, embarcou em uma jornada para revisar o processo que vai desde modelos de física de partículas até GWs observáveis, destacando as etapas intrincadas envolvidas.

"Nosso trabalho serve como um guia abrangente para os físicos de partículas explorarem o emocionante reino da fenomenologia GW", disse Morris. "Compreender os FOPTs é crucial para desvendar os mistérios do nosso universo."

A revisão detalha a intrincada jornada desde modelos de física de partículas até GWs observáveis ​​induzidos por decaimentos de vácuo durante FOPTs.

A revisão, de coautoria do professor Csaba Balazs, lança luz sobre o processo complexo, cobrindo etapas como construção de potenciais efetivos, análise de taxas de transição e previsão de espectros de GW.

“Estamos à beira de uma nova era na astronomia das ondas gravitacionais”, disse o professor Balazs. "O futuro reserva um imenso potencial para detectores espaciais e terrestres revelarem fenômenos invisíveis, potencialmente emanados de FOPTs."

A revisão descreve o caminho de um modelo de física de partículas até GWs, que contém muitas partes especializadas, incluindo:

• construindo um potencial efetivo de temperatura finita em um modelo de física de partículas e verificando FOPTs
• cálculo de taxas de transição
• analisando a dinâmica de bolhas de vácuo verdadeiro em expansão em um plasma térmico
• caracterizando uma transição usando parâmetros térmicos
• fazer previsões para espectros de GW usando as simulações e resultados teóricos mais recentes e considerar a detectabilidade dos espectros previstos em futuros detectores de GW.

Para cada etapa, a revisão enfatiza as sutilezas, vantagens e desvantagens dos diferentes métodos e analisa as abordagens mais avançadas disponíveis na literatura.

"Isso fornece tudo que um físico de partículas precisa para começar a explorar a fenomenologia GW", disse o professor Balazs.

"Ao comemorarmos quase uma década desde a descoberta revolucionária das ondas gravitacionais, a era dos detectores terrestres transformou a nossa compreensão do cosmos. No entanto, a próxima era dos detectores espaciais promete descobertas ainda mais extraordinárias, potencialmente desvendando os segredos de uma nova física além do modelo padrão."

Mais informações: Peter Athron et al, Transições de fase cosmológicas:da física de partículas perturbativas às ondas gravitacionais, Progresso em partículas e física nuclear (2023). DOI:10.1016/j.ppnp.2023.104094
Fornecido pela Monash University