Казанские физики представили теорию нового космического фазового перехода

Исследователи Казанского федерального университета (КФУ) представили аксионное расширение эфирной версии теории Эйнштейна-Дирака. В работе рассматриваются космологические приложения расширенной теории, объединяющей частицы темной материи аксионы, эфир и привычную материю, из которой состоят звезды и планеты.

Авторы обращаются к проблеме космического фазового перехода, который произошел на границе между эпохой инфляции и последующей эпохой доминирования вещества и излучения. В эпоху инфляции Вселенная стремительно расширялась, а затем переключилась на более спокойное расширение, когда появились вещество и излучение.

«На графиках эволюции радиуса Вселенной явно видна точка перегиба, в окрестности которой произошли космический фазовый переход и связанная с ним смена эпох. Примерно в это же время возникло реликтовое электромагнитное излучение», — рассказал один из авторов исследования, профессор кафедры теории относительности и гравитации Института физики КФУ Александр Балакин.

В научной литературе этот переход связывают с рождением значительного количества массивных частиц, остановивших инфляцию. Среди них: тяжелые фермионы (кварки, протоны, нейтроны и соответствующие античастицы), легкие фермионы (электроны, позитроны), а также безмассовые нейтрино. Все они на языке квантовой теории поля описываются спинорными полями. Процесс катастрофического роста числа фермионов в ранней Вселенной получил в космологии название «спонтанная спиноризация».

Одновременно, как считают ученые, происходило резкое увеличение числа бозонов и псевдобозонов, среди которых особое значение имеют аксионы. В последующие эпохи расширения Вселенной реликтовые аксионы сформировали основную фракцию космической темной материи, а фермионы стали структурными элементами при образовании астрофизических объектов.

Центральным элементом предложенного учеными КФУ расширения является эффективная метрика. Ее конструкция включает четыре-вектор скорости эфира и ядро, зависящее от спинорных инвариантов.

«Первую в истории физики «эффективную метрику» предложил немецкий физик Вальтер Гордон в 1923 году. Если к метрике физического пространства времени добавить произведение компонент скорости движения среды, в которой перемещается фотон, умножив его на ядро, содержащее коэффициент преломления среды, то получается оптическая метрика, в которой размещена информация о диэлектрических и магнитных свойствах этой движущейся среды. Динамика фотонов, распространяющихся в реальной прозрачной среде, перемещающейся неравномерно и непрямолинейно, эквивалентна движению фотонов по геодезической линии в фиктивном пространстве с полученной оптической метрикой», — проинформировал профессор.

Авторы учли обратное воздействие спинорного поля на аксионное, причем динамический эфир стал своеобразным «модератором» в этой модели взаимодействия. В представленной версии эффективная масса спинорного поля содержит член, пропорциональный квадрату производной аксионного поля.

Важное место занимает управляющая функция, которая входит в полный лагранжиан через потенциал аксионного поля. В канонической теории аксионного поля эта функция рассматривается как константа, что обеспечивает инвариантность лагранжиана относительно дискретного преобразования аксионного поля. В представленной модели управляющая функция зависит от координат через скаляр растяжения потока эфира. При дискретном преобразовании аксионного поля потенциальная часть не меняется, но градиент управляющей функции уже не равен нулю.

Авторы показали, что расширенный лагранжиан аксионного поля инвариантен относительно дискретного преобразования, если управляющая функция удовлетворяет определенному уравнению. Ученые обращают внимание на обратное влияние эволюции спинорного поля на космодинамику. В одном из полученных решений число фермионов сначала растет, а потом снижается.

«Мы фактически утверждаем, что нами представлена математически непротиворечивая модель, согласно которой именно динамический эфир сначала инициирует, а затем прекращает процесс интенсивного рождения частиц. В фазе активного рождения число появившихся частиц аномально растет. После прекращения этого процесса рост останавливается, а в процессе расширения плотность уменьшается, поскольку их общее число распределяется по возрастающему объему Вселенной», — пояснил Александр Балакин.

Авторы рассчитывают, что представленные ими положения позволят лучше понять и объяснить процессы, происходящие в ранней Вселенной.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации