تجزیه‌وتحلیل جدیدی از تابش زمینه‌ی کیهانی نشان می‌دهد که ممکن است قطبیدگی آن براثر آثار بیرونی چرخش داشته باشد که نشان‌دهنده‌ی فیزیک فراتر از مدل استاندارد است.

محققان با دقت افزاینده‌ای درحال بررسی قطبیدگی تابش زمینه‌ی کیهانی‌اند (CMB) – قدیمی‌ترین نور در جهان – تا نشانه‌هایی از فیزیک جدید بیابند. یکی از این نشانه‌ها می‌تواند چرخش جزئی این قطبیدگی باشد، گویی که نور از درون ماده‌ای دوشکستی با قطبیدگی وابسته به ضریب شکست عبور کرده است. این «دوشکستی کیهانی» در مدل استاندارد پیش‌بینی نشده است و می‌تواند از جفت‌شدگی فوتون‌های CMB با ذرات و میدان‌های فرضی ایجاد شده باشد. تاکنون آزمایش‌ها با دوشکستی صفر مطابقت دارند، اما حساسیت آنها با خطاهای سیستماتیک خاصی مختل شده است. یوتو مینامی، از سازمان تحقیقات شتاب‌دهنده‌ی انرژی‌های بالا در ژاپن، و ایچیرو کوماتسو، از مؤسسه‌ی اخترفیزیک مکس‌ پلانک در آلمان، و دانشگاه توکیو، بااستفاده‌از رویکردی که چنین خطاهایی را کاهش می‌دهد داده‌های CMB از ماهواره‌ی پلانک را تجزیه‌وتحلیل کردند و نشانه‌های امیدوارکننده‌ای از سیگنال ضعیف دوشکستی یافته‌اند^۱.

اغلب خطاهای سیستماتیک در آزمایش‌های کیهانی ناشی از بی‌دقتی غیرقابلِ‌اجتنابی در زاویه‌ی قطبیدگی آشکارساز است. ازآنجاکه این بی‌دقتی α همان اثر چرخش القایی دوشکستی کیهانی β را دارد، این اشتباه در کالیبراسیون، بزرگ‌ترین قید برای حساسیت آشکارساز است. مینامی و کوماتسو با همبستگی اندازه‌گیری‌های CMB (تحتِ‌تأثیر α و β هر دو) با اندازه‌گیری‌های پیش‌زمینه‌‌های ایجادشده توسط منابع ریزموج در کهکشان خودی (تحتِ‌تأثیر α) سهم α را حذف کردند. آنها با تجزیه‌وتحلیل داده‌های پلانک با احتمال ۹۹.۲درصد دریافتند که β غیرصفر است. این احتمال گستره‌ی طولانی‌ای از انحراف معیارِ ۵سیگمای موردنیاز برای اکتشاف است، اما نسل بعدی آشکارسازهای CMB می‌تواند بااستفاده‌از روش جدید نتایج را تقویت کند. نویسندگان می‌گویند که اگر تأیید شود، کشفی است که بازی را عوض می‌کند.

منبع:

https://physics.aps.org/articles/v13/s149

نویسنده: متئو رینی (Matteo Rini)، معاون ویراستار نشریه‌ی Physics است.

مراجع:

Y. Minami and E. Komatsu, “New extraction of the cosmic birefringence from the Planck 2018 polarization data,” Phys. Rev. Lett. 125, 221301 (2020).