Den starka kraften kan ha slagit om en strömbrytare – och universum surrar fortfarande
Gravitationsvågspektra från en dilatoninducerad QCD PT överlagrad med NANOGrav 15-åriga fria spektrumbegränsningar (två nyanser av grå violiner). Den röda kurvan motsvarar det spektrum som bäst passar de 14 lägsta frekvensintervallen (mörkare grått). För mer information, se huvudtexten.
I en ny studie har forskare vid Stockholms universitet och Oskar Klein-centret funnit att en teoretiskt välmotiverad utvidgning av standardbeskrivningen av de starka kärnkraftsväxelverkan skulle ha kunnat göra de tidiga ögonblicken av Big Bang-kosmologin mer tumultartade, vilket leder till en förutsägelse av gravitationsvågor som är anmärkningsvärt förenlig med nya observationella indikationer.
Under den första mikrosekunden efter Big Bang var universum ett hett plasma av elementarpartiklar. Byggstenarna i vanlig materia, kvarkar och gluoner, rörde sig fritt i denna heta och täta soppa av partiklar. Men när universum expanderade och svalnade blev kvarkar och gluoner instängda i protoner och neutroner och bildade den materia som vi och allt omkring oss är gjorda av. Enligt dagens bästa teori om den starka kärnkraften, kvantkromodynamik, skedde denna förändring smidigt, utan att producera några dramatiska signaler som kan observeras idag.
Utgångspunkten för det nya arbetet är att styrkan hos den starka kraften kan ha kontrollerats av ett ytterligare skalärt fält som, likt en strömbrytare, försvagade kraften i det tidiga universum.
När omkopplaren slutligen slogs om kan övergången ha skett abrupt, ungefär som när vatten kokar. Bubblor av en ny fas, där kvarkar och gluoner var inlåsta i protoner och neutroner, skulle ha bildats och expanderat snabbt. Dessa bubblor rusade genom det omgivande kvark-gluonplasmat med relativistiska hastigheter och kolliderade så småningom med varandra. Fysiker kallar denna typ av händelse för en första ordningens fasövergång. Även om sådana övergångar är vanliga i vardagen, skulle denna ha ägt rum i kosmisk skala.
”Dessa kollisioner skulle ha skickat ut vågor genom rumtiden i form av gravitationsvågor som fortfarande sköljer över jorden idag som en kosmisk bakgrund, ett svagt, stadigt kosmiskt surr”, säger Aleksandr Chatrchyan, postdoktor vid Stockholms universitet och Nordita.
”Det är anmärkningsvärt att den förutsagda signalen naturligt faller inom nanohertz-området – de ultralåga frekvenser som undersöks av nätverk av exakt tidsinställda pulsarer – och kan matcha storleken och formen på den överskottsignal som rapporterats av pulsartidsmätningsexperiment. Om detta bekräftas skulle det öppna ett nytt fönster mot det tidiga universum”, säger David Marsh, docent vid Stockholms universitet. ”Teorin kan testas ytterligare med hjälp av både kosmologiska observationer och partikelexperiment, t.ex. genom att söka efter nya skalära partiklar eller avvikelser i de starka växelverkanerna vid partikelkolliderare, som LHC, vilket potentiellt kan avslöja ny fysik bortom standardmodellen.”
Arbetet, som är författat av Aleksandr Chatrchyan, David Marsh och Charalampos Nikolis, har nu publicerats i Physical Review Letters.
Mer information
Alexandr Chatchryan, postdoktor, Institutionen för fysik, Stockholms universitet
David Marsh, docent, Institutionen för fysik, Stockholms universitet
Charalampos Nikolis, Doktorand, Fysikum, Stockholms universitet
Gravitationsvågor från en dilatonsinducerad, första ordningens QCD-fasövergång – APS Physical Review Letters
Senast uppdaterad: 2026-02-02
Sidansvarig: Fysikum