Jejak Transisi Fase di Alam Semesta Awal – Mungkinkah mendeteksi gelombang gravitasi yang lahir segera setelah Big Bang? Dalam sebuah studi baru, tim fisikawan teoretis internasional mengusulkan bahwa dalam beberapa dekade hal ini mungkin dapat dilakukan dengan menggunakan teleskop antariksa LISA yang akan datang.
Gelombang ini kemungkinan dipancarkan selama transisi fase materi yang terjadi di alam semesta awal dan dapat membantu menjelaskan proses fundamental yang terjadi selama momen-momen pertama setelah Big Bang.
Transisi fase pada momen-momen pertama alam semesta
Transisi fase, seperti pencairan es atau perubahan grafit menjadi berlian di bawah tekanan kuat, adalah fenomena umum. fase adalah perubahan kualitatif yang tiba-tiba pada sifat-sifat suatu zat dan biasanya terjadi ketika sistem fisik mendekati suhu kritis tertentu. www.creeksidelandsinn.com
Banyak fisikawan percaya bahwa transisi fase terjadi pada momen-momen pertama setelah Big Bang, ketika semua materi di alam semesta adalah plasma yang sangat panas dan padat. Saat alam semesta mengembang, suhu plasma menurun, yang mungkin menyebabkan transisi fase yang pasti terjadi melalui penciptaan, perluasan, dan penggabungan gelembung fase baru di dalam fase lama, seperti gelembung uap yang terjadi di air mendidih.
Proses-proses dalam plasma purba ini akan menghasilkan gelombang gravitasi yang kuat — riak-riak dalam geometri ruangwaktu — yang bentuk dan amplitudonya bergantung pada detail transisi. Sekelompok fisikawan dari Finlandia, Spanyol, dan Inggris menghitung sifat-sifat gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh transisi ini dan menemukan bahwa jika suhu kritisnya sekitar sepuluh kuadriliun Kelvin, gelombang gravitasi yang dihasilkannya dapat dideteksi oleh teleskop berbasis ruang angkasa masa depan yang sangat sensitif, LISA — proyek gabungan antara NASA dan Badan Antariksa Eropa yang dijadwalkan untuk diluncurkan tidak lebih awal dari tahun 2037.
Wawasan baru tentang fisika partikel
Perhitungan fisikawan dilakukan dengan menggunakan teknik yang dikenal sebagai dualitas holografik, sebuah metode yang memungkinkan para ilmuwan untuk memetakan perhitungan rumit dalam teori medan kuantum — sebuah kerangka kerja untuk menggambarkan interaksi partikel elementer — ke masalah yang lebih mudah dipecahkan dalam teori string, yang ada dalam ruangwaktu sepuluh dimensi fiktif.
Menurut hipotesis holografik, untuk setiap kuantitas yang dapat diukur dalam teori medan kuantum, ada analog dalam teori string sepuluh dimensi. Validitas dualitas ini telah diverifikasi dalam ratusan makalah dengan perhitungan langsung berbagai kuantitas dalam teori medan kuantum dan teori string, yang memberikan hasil yang sama. Dalam studi terkini, dualitas holografik membantu fisikawan menganalisis sifat-sifat penting transisi, seperti suhu nukleasi gelembung dan laju transisi fase, dan lain-lain. Akan tetapi, mereka tidak dapat menghitung kecepatan ekspansi gelembung transisi fase dan harus menggunakan estimasi kuantitas ini yang diperoleh sebelumnya dari sistem fisik serupa.
Beberapa parameter transisi fase lebih mudah dihitung karena kedua fase dapat diasumsikan berada dalam kesetimbangan, atau dalam kasus ini, “kuasi-keseimbangan”. Di sisi lain, kecepatan ekspansi adalah kuantitas yang sepenuhnya non-keseimbangan, yang hanya dihitung dalam berbagai perkiraan.
Fisika transisi fase primordial ini melampaui Model Standar partikel elementer. Dengan mendeteksi gelombang gravitasi yang mereka ciptakan, para ilmuwan berharap memperoleh banyak informasi dan wawasan baru tentang fisika partikel pada energi yang sangat tinggi yang bahkan akselerator raksasa seperti Large Hadron Collider belum dapat menyediakannya sejauh ini.
