扩大原子云提供了深入了解宇宙学问题

一种膨胀，环形的原子覆盖着几种醒目的特征，早期宇宙。(

研究人员使用云云层覆盖的行为，以对微科学的宇宙引起惊人的相似之处。他们的工作，它在原子理物理和早期宇宙的突然扩展之间造成新的联系，于4月19日在物理审查X中公布，物理学。

“从原子物理学的角度来看，现有理论描述了实验，”国家标准与技术研究所（NIST）和新论文的牵头作者的原子物理学家说。“但更引人注目的是该理论如何与宇宙学联系。”

在几套实验中，Eckel和他的同事迅速扩大了甜甜圈形状的原子云的大小，在此过程中进行快照。这种增长发生了如此之快，即云被羞辱，并且在早期宇宙的快速扩张期间，一个相关的嗡嗡声可能已经出现在宇宙中的宇宙鳞片上 - 宇宙学家称为通货膨胀时期。

该作品将专家们汇集在原子物理和重力中，作者称，据称培养 - 爱因斯坦冷凝物（BEC）的多功能性是可以描述为单量子物体的超容易云的尺寸从其他物理领域测试思想。

“也许这将是一天通知未来的宇宙模型，”Eckel说。“或相反亦然。也许会有一个宇宙学模型，这很难解决，但你可以使用寒冷的原子气体模拟。“

这不是研究人员第一次连接的BEC和宇宙学。先前的研究模仿黑洞，并搜索预测从阴影边界倾注的辐射的类似物。新的实验专注于BEC对快速扩张的反应，这是一个暗示在通货膨胀期间可能发生的多种类似物的过程。

第一和最直接的类比涉及波浪穿过扩展介质的方式。这种情况不会经常在物理学中出现，但它发生在巨大级的通货膨胀期间。在这种膨胀过程中，空间本身通过称为漏斗摩擦的过程将任何波浪从它们的尺寸更大并窃取能量。

在一组实验中，研究人员在原子云中发现了类似的特征。它们在其周围的云交替区域上被印在云交替区域上，在戒指周围的较少的原子上，如早期宇宙中的波浪，并在膨胀期间观看它的驱散。不出所料，声波延伸出来，但其幅度也降低了。数学揭示了这种阻尼，就像哈勃摩擦一样看起来，通过计算和数值模拟捕获了这种行为。

“这就像我们用锤子打到bec，”联合量子研究所（JQI）的NIST联合主任格拉登坎贝尔说，“这篇论文的同志，”这些模拟所以对我来说有点令人震惊很好地复制了发生的事情。“

在第二组实验中，球队揭开了另一个，更具投机性的类比。对于这些测试，他们离开了BEN的任何声波，而是激起了相同的扩展，看着BEC六层，直到它放松。

在某种程度上，这种放松也类似于通货膨胀。推动宇宙扩张的一些能量最终最终创造了我们周围的所有物质和光线。尽管有很多理论发生这种情况，但宇宙主义者并不完全确定剩余的能量如何转换为我们今天所看到的所有这些东西。

在BEC中，扩张的能量很快转移到像环绕着环的声波一样。一些早期猜测为什么这发生看起来很有希望，但他们很短暂预测能量转移准确。因此，团队转向数值模拟，可以捕获物理学的更完整的图片。

出现的是一个复杂的能源转换的叙述：在膨胀停止之后，环的外边缘处的原子击中其新的，膨胀的边界，并反射回云中心。在那里，他们干扰了原子仍然向外行驶，在中间创造一个区域，几乎没有原子可以活着。这种惰性区域的两侧的原子具有不匹配的量子特性，如两个相邻的时钟。

情况非常不稳定，最终崩溃，导致在整个云中创造漩涡。这些涡流或小量子漩涡将分开并产生围绕着环的声波，如膨胀后留下的颗粒和辐射。一些漩涡甚至从BEC的边缘逃脱，创造了一个不平衡，使云旋转。

与哈勃摩擦的类比不同，复杂的故事是如何创造数十个量子漩涡的复杂故事可能与通货膨胀期间和之后发生的事情也不相似。但是，新论文的同志和马里兰大学专门从事黑洞的法律教授，他与原子物理学家的互动在这些技术结果之外产生了益处。

“我从他们那里学到了什么，并且从那么多思考这样的实验，是思考宇宙学问题的新方法，”雅各布森说。“他们学会了想想他们以前永远不会想到的。仍然可以看到这些是否有用或重要，但肯定是刺激。“

Eckel回声相同的想法。“TED让我想到了不同的过程，”他说，“随时随地接近问题，你可以从不同的角度看到它，它会让你更好地解决这个问题。”

未来的实验可以更加紧密地研究扩展期间能量复杂转移，甚至搜索进一步的宇宙学类似。“很好的是，从这些结果来看，我们现在知道如何在未来设计实验，以瞄准我们希望看到的不同效果，”坎贝尔说。“随着理论家提出模型，它确实给了我们一个测试台，我们实际上可以研究这些模型，看看会发生什么。”

出版物：S. Ockel等人，“快速扩张的Bose-Einstein冷凝物：实验室中的一个扩展宇宙，“物理。Rev. x，2018; DOI：10.1103 / physrevx.8.021021