A Colaboração LIGO / Virgo / KAGRA, um grande grupo de pesquisadores em diferentes institutos em todo o mundo, definiu recentemente as restrições mais fortes em cordas cósmicas até o momento, usando o conjunto de dados completo O3 avançado LIGO / Virgo. Este conjunto de dados contém os dados de ondas gravitacionais mais recentes detectados por uma rede de três interferômetros localizados nos Estados Unidos e na Itália.
“Queríamos usar os dados mais atuais da terceira execução de observação (conjunto de dados O3) para colocar restrições em cordas cósmicas”, disse ao Phys.org o Prof. Mairi Sakellariadou, do King’s College London, que faz parte da Colaboração LIGO-Virgo.
As teorias de campo prevêem que, à medida que o Universo se expande e sua temperatura cai, ele passa por uma série de transições de fase seguidas por simetrias espontaneamente quebradas, que podem deixar para trás defeitos topológicos, relíquias da fase anterior, mais simétrica, do Universo.
“Só para dar um exemplo, se você pegar a água em sua forma líquida e diminuir a temperatura abaixo de zero grau Celsius, ela se solidificará”, disse Sakellariadou. “Dentro de um cubo de gelo, você pode ver os filamentos onde a água está na forma líquida. Esse fenômeno pode acontecer também no Universo.” Defeitos topológicos unidimensionais são chamados de cordas cósmicas. Embora os modelos de física de partículas prevejam a existência de cordas cósmicas, atualmente não há confirmação observacional de sua existência.
“Quanto mais pesadas forem as cordas cósmicas, mais fortes serão seus efeitos gravitacionais”, disse Sakellariadou. Ao analisar os dados observacionais, podemos colocar restrições no parâmetro que nos diz o quão pesados esses objetos são, em outras palavras, a época da formação das cordas cósmicas. ”
Definir restrições em cordas cósmicas também permite aos pesquisadores restringir modelos de física de partículas e cenários cosmológicos. Usando dados de ondas gravitacionais, os pesquisadores são capazes de testar modelos físicos de partículas em escalas de energia que não podem ser alcançadas por aceleradores como o Large Hadron Collider do CERN.
“As restrições também dependem de qual modelo de cordas cósmicas estamos usando para a distribuição do loop das cordas, que é ditada por simulações numéricas envolvidas”, disse Sakellariadou.
Até agora, os pesquisadores desenvolveram duas simulações numéricas possíveis. O primeiro foi apresentado há vários anos por Bouchet, Lorenz, Ringeval e Sakellariadou, enquanto o segundo foi desenvolvido por Blanco-Pillado, Olum e Shlaer.
Recentemente, Auclair, Ringeval, Sakellariadou e Steer desenvolveram um novo modelo analítico de loop de cordas que interpola entre os dois desenvolvidos no passado com simulações numéricas. Este novo modelo foi usado pela primeira vez para colocar restrições em cordas cósmicas usando dados de ondas gravitacionais da última execução de observação da colaboração LIGO / Virgo / KAGRA.
Notavelmente, as restrições recentes definidas pela colaboração LIGO / Virgo / KAGRA são mais fortes do que as colocadas pela nucleossíntese do Big Bang, matriz de tempo de pulsar ou dados cósmicos de fundo de microondas. Eles também melhoraram as restrições anteriores definidas por LIGO / Virgo em 1 a 2 ordens de magnitude.
“À medida que mais dados se tornam disponíveis, seremos capazes de colocar restrições ainda mais fortes. Do ponto de vista teórico, no entanto, também é importante construir e investigar novos modelos de cordas cósmicas e examinar as implicações de nosso trabalho para a física de partículas além o Modelo Padrão e os cenários cosmológicos “, disse Sakellariadou.
Publicado em 30/08/2021 15h00
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