Seuraa 
Viestejä593
Liittynyt24.5.2005

Otsikon kysymys on niin villi, että lienee hyvä taustoittaa miten tälläiseen kysymykseen "voi edes päätyä?"

CP-symmetria & CP-rikko

Vuonna 1957 havaittiin kokeellisesti, että luonnonlakien oletettu CP-symmetria (charge conjugation & parity) ei päde. CP-symmetrian rikkoutumista (CP-rikko) pidetään tällä hetkellä todennäköisimpänä syynä sille, miksi ainetta ja antiainetta on maailmankaikkeudessa eri määrät. Ilman CP-rikkoa aineen ja antiaineen olisi pitänyt hävittää toisensa. Omituinen termi on siis syy sille, miksi me siis olemme olemassa.

Taustatietona: CP-symmetria selkeästi selitettynä

CP-rikko ilmenee heikon vuorovaikutuksen eli heikon ydinvoiman yhteydessä. Nimestään huolimatta, heikko vuorovaikutus on 10^32 -kertaa voimakkaampi kuin gravitaatio, mutta sen vaikutus rajautuu alkeishiukkastasolle. Se mahdollistaa yksittäisen hiukkasen muuttumisen toiseksi ilman hiukkas-antihiukkas-paria. Heikko vuorovaikutus on suorassa yhteydessä sähköheikkoon vuorovaikutukseen, mikä on nimitys heikon vuorovaikutuksen sekä sähkömagneettisen säteilyn yhdistävälle teorialle.

Kaikilla havaituilla alkeishiukkasilla, pl. Higgsin bosonilla, on spin. Spinistä riippuen hiukasta voidaan kutsua vasen- tai oikeakätiseksi. Todellisuudessa spin on monimutkainen, kolmiulotteinen vektori ja kätisyys on eräänlainen yksinkertaistus todellisuudesta.

Taustatietona: Chirality

Merkityksellinen spin on siksi, että heikko vuorovaikutus ei vaikuta hiukkasiin symmetrisesti, mikä seuraavasta lainauksesta hyvin selviää:

"Only left-handed particles experienced the weak interaction; right-handed particles were not affected by the weak forces that were known then. Antiparticles, such as antielectrons and antiquarks, exhibited the opposite preference — only their right-handed components participated in weak interactions. For the revolutionary idea of parity violation, Lee and Yang received the physics Nobel prize in 1957."

Particle Physics: Quarks are not Ambidextrous"
Nature P.506, 43-44, 06.02.2014 

---

Kvanttifysiikan suhde CP-rikkoon

Kvanttifysiikassa (kvantti)superpositio on termi, millä tarkoitetaan hiukkasen olevan useassa tilassa samanaikaisesti. Kun hiukkasta tarkastellaan ja suoritetaan mittaus, superpositio tai kvanttiaalto - romahtaa yhteen tunnettuun tilaan. Superpositio tarkoittaa myös sitä, että hiukkasella on useampi spin-arvo samanaikaisesti.

CP-rikon pohjalta tiedämme, että mitattu hiukkanen (ei superpositiota, spin tunnettu -> joko 'vasen tai oikeakätinen') "pystyy välttämään" heikon vuorovaikutuksen tietyin lähtöehdoin.

Mutta miten käy superpositiossa olevalle hiukkaselle, millä on samanaikaisesti useampi spin-arvo?

---

Pimeä aine ja WIMPit

Pimeän aine ei vaikuta sähkömagneettisen säteilyn kanssa. Siksi sen havaitseminen on gravitaatiovaikutusta lukuunottamatta osottautunut mahdottomaksi. Pimeää ainetta on pyritty selittämään WIMPeillä, raskailla hiukkasila, mitkä vuorovaikuttaisivat ainoastaan painovoiman SEKÄ heikon vuorovoiman kanssa.

Useista koejärjestelyistä huolimatta, WIMPejä ei ole koskaan havaittu. Näin ollen voidaan perustellusti tehdä seuraava väittämä: Heikko vuorovaikutus ei vaikuta pimeään aineeseen.

"However, recent null results from direct detection experiments including LUX and SuperCDMS, along with the failure to produce evidence of supersymmetry in the Large Hadron Collider (LHC) experiment[2][3] has cast doubt on the simplest WIMP hypothesis."

---

Hypoteesi: Pimeän aineen superpositio selittää havainnot pimeästä aineesta

Hypoteesi syntyy olettamasta, että pimeä aine EI vaikuta heikon vuorovoiman eikä näin ollen myöskään loogisesti sähkömagneettisen säteilyn kautta (heikon vuorovoiman suora suhde sähköheikkoon vuorovaikutukseen).

Kvanttisuperpositio on selkeästi helpompi saada aikaiseksi alhaisissa lämpötiloissa - siis lähellä absoluuttista nollapistettä. Maailmankaikkeuden keskimääräinen lämpötila on noin 2.73K, eli 2.73C' absoluuttisen nollapisteen yläpuolella. Kylmää on.

Pimeän aineen tiedetään vaikuttavan painovoiman kanssa, joten "pimeän aineen hiukkasella" on oltava massa. Kaikilla massallisilla hiukkasilla oletetaan olevan myös spin-arvo. Higgsin bosoni tekee tässä kohdassa poikkeuksen, sillä sillä on massa, mutta ei spiniä. Toisaalta Higgsin bosoni lienee erikoisasemassa ollessaan massan muille hiukkasille antava hiukkanen.

Edit: Kiitos korjauksesta, Heikki Kinnunen!

Esitin aikaisemmin tekstissä kysymyksen: "Mutta miten käy superpositiossa olevalle hiukkaselle, millä on samanaikaisesti useampi spin-arvo?", viitaten vaikutukseen heikon vuorovoiman kanssa ja CP-rikkoon.

Jos pimeän aineen "hiukkanen" on jatkuvassa superpositiossa (sekä vasen- ETTÄ oikeakätinen spin), ei heikkoa vuorovaikutusta tapahtuisi lainkaan. Tätä hypoteesia tukee (toistaiseksi) se, ettei WIMPejä ole löydetty.

Pimeän aineen tunnettuun olemukseen liittyy olennaisesti myös vuorovaikutuksen puute sähkömagneettisen säteilyn kanssa. Sähkömagneettisen säteilyn välittävä hiukkanen on fotoni, mikä ilmenee yhtäaikaisesti hiukkasena sekä kvanttifysiikasta tuttuna aaltomuotona. Kun pimeällä aineella ei ole vuorovaikutusta sähkömagneettisen säteilyn kanssa, ei pimeästä aineesta 'päästä tekemään' mittauksia, jolloin kvanttiaalto ei romahda. Näin pimeä aine pysyisi jatkuvassa superpositiossa ja 'piilossa', gravitaatiovaikutus poislukien.

Olikohan tässä taas järjen hiventä, vai joku niin perustavanlaatuinen ymmärrysongelma, että oksat pois? :)

Sivut

Kommentit (22)

Heikki Kinnunen
Seuraa 
Viestejä35
Liittynyt10.1.2015
Pride

Pimeän aineen tiedetään vaikuttavan painovoiman kanssa, joten "pimeän aineen hiukkasella" on oltava massa.

Kaikilla massallisilla hiukkasilla oletetaan olevan myös spin-arvo.

 

Myös massattomat fotonit "vaikuttavat painovoiman kanssa"

Higgsin bosonilla on massa, spin 0.

 

 

Goswell
Seuraa 
Viestejä10994
Liittynyt8.3.2010

Jos ette kerro kellekään, voin kertoa teille mitä pimeä materia on. Se on muiden menneisyyden alkuräjähdysten materiaa, entropian pitkälle raiskaamaa materiaa jonka ominaisuuksissa on tapahtunut niin suuri muutos että meidän sähkömagneettinen vuorovaikuttajamme ei saa siihen enään otetta. Ts menneisyyden "tuhkaa".

Minun mielestä noin.

NytRiitti
Seuraa 
Viestejä2539
Liittynyt12.9.2012

Olen ymmärtänyt, että hypoteesi muuttuu teoriaksi (poislukien säieteoriat) kun se "todistetaan" mittauksin , ehkä tämän hypoteesin todentaminen saisi pimeän aineen loistamaan

Neutroni
Seuraa 
Viestejä28253
Liittynyt16.3.2005
Veli H.

Olen ymmärtänyt, että hypoteesi muuttuu teoriaksi (poislukien säieteoriat) kun se "todistetaan" mittauksin , ehkä tämän hypoteesin todentaminen saisi pimeän aineen loistamaan

Ei välttämättä. Teoria on pitemmälle kehitetty oppirakennelma, jonka on tuotettava oletuksistaan lähtien ennusteita, joita voidaan verrata havaittavaan todellisuuteen. Esimerkiksi säieteoriolla on siinä jonkinlaisia ongelma, joten ne ovat enemmän hypoteeseja, joissa kuvaillaan ilmiöitä.

Käytännössä tietenkin vaaditaan myös yhteensopivuutta havaintoihin, sillä sisäinen ristiriidattomuus on laiha lohtu pieleen ennustavalle teorialle.

NytRiitti
Seuraa 
Viestejä2539
Liittynyt12.9.2012

Tieteen filosofiasta viis, tai kuus, pointti oli aaltofunktion romahtaminen mittauksessa

Tai kvanttimekaniikan filosofinen puoli, tietoisuus romahtuttaa AAARGH

Heikki Kinnunen
Seuraa 
Viestejä35
Liittynyt10.1.2015
Goswell

Jos ette kerro kellekään, voin kertoa teille mitä pimeä materia on. Se on muiden menneisyyden alkuräjähdysten materiaa, entropian pitkälle raiskaamaa materiaa jonka ominaisuuksissa on tapahtunut niin suuri muutos että meidän sähkömagneettinen vuorovaikuttajamme ei saa siihen enään otetta. Ts menneisyyden "tuhkaa".

 

Kerro sitten vasta, jos ymmärrät jotain asiasta.

 

Pride
Seuraa 
Viestejä593
Liittynyt24.5.2005
Heikki Kinnunen
Pride

Pimeän aineen tiedetään vaikuttavan painovoiman kanssa, joten "pimeän aineen hiukkasella" on oltava massa.

Kaikilla massallisilla hiukkasilla oletetaan olevan myös spin-arvo.

 

Myös massattomat fotonit "vaikuttavat painovoiman kanssa"

Higgsin bosonilla on massa, spin 0.

Kiitos korjauksesta.
Hämärästi en pääse editoimaan enää alkuperäistä viestiä, vaikka se vielä äsken onnistui.

Olisi voinut tuon korjata 'kuntoon'.

Pride
Seuraa 
Viestejä593
Liittynyt24.5.2005
Heikki Kinnunen

Hetki kannattaa miettiä, ennen kun lähettää viestin, nämä olivat kuitenkin tuttuja asioita.

Kelle on, kelle ei. :)

Pride
Seuraa 
Viestejä593
Liittynyt24.5.2005
Neutroni
Veli H.

Olen ymmärtänyt, että hypoteesi muuttuu teoriaksi (poislukien säieteoriat) kun se "todistetaan" mittauksin , ehkä tämän hypoteesin todentaminen saisi pimeän aineen loistamaan

Ei välttämättä. Teoria on pitemmälle kehitetty oppirakennelma, jonka on tuotettava oletuksistaan lähtien ennusteita, joita voidaan verrata havaittavaan todellisuuteen. Esimerkiksi säieteoriolla on siinä jonkinlaisia ongelma, joten ne ovat enemmän hypoteeseja, joissa kuvaillaan ilmiöitä.

Käytännössä tietenkin vaaditaan myös yhteensopivuutta havaintoihin, sillä sisäinen ristiriidattomuus on laiha lohtu pieleen ennustavalle teorialle.

Neutroni, koetko itse hypoteesissa olevan mitään tolkkua vai kusahtaako tässä jokin asia olennaisesti, mikä on yksinkertaisemmalta jäänyt ymmärtämättä ja huomioimatta?

JPI
Seuraa 
Viestejä24802
Liittynyt5.12.2012
Pride

Jos pimeän aineen "hiukkanen" on jatkuvassa superpositiossa (sekä vasen- ETTÄ oikeakätinen spin), ei heikkoa vuorovaikutusta tapahtuisi lainkaan. Tätä hypoteesia tukee (toistaiseksi) se, ettei WIMPejä ole löydetty.

Miksi ei tapahtuisi, sillä olisihan siinä 50% niitä heikoille vv:lle suotuisiakin tiloja. Itseasiassa koko maailmankaikkeushan on kvanttimekaaninen systeemi, jolloin se on koko ajan "enemmän tai vähemmän"superpositiossa.

3³+4³+5³=6³

Pride
Seuraa 
Viestejä593
Liittynyt24.5.2005
JPI
Pride

Jos pimeän aineen "hiukkanen" on jatkuvassa superpositiossa (sekä vasen- ETTÄ oikeakätinen spin), ei heikkoa vuorovaikutusta tapahtuisi lainkaan. Tätä hypoteesia tukee (toistaiseksi) se, ettei WIMPejä ole löydetty.

Miksi ei tapahtuisi, sillä olisihan siinä 50% niitä heikoille vv:lle suotuisiakin tiloja. Itseasiassa koko maailmankaikkeushan on kvanttimekaaninen systeemi, jolloin se on koko ajan "enemmän tai vähemmän"superpositiossa.

"Only left-handed particles experienced the weak interaction; right-handed particles were not affected by the weak forces that were known then.

Jos spin on vasen- TAI oikeakätinen - heikolle vuorovaikutukselle suotuisia tiloja on 50%.

Jos spin on vasen- JA oikeakätinen - heikolle vuorovaikutukselle suotuisia tiloja on 0%.

Eikö?

Eusa
Seuraa 
Viestejä14361
Liittynyt16.2.2011
JPI
Pride

Jos pimeän aineen "hiukkanen" on jatkuvassa superpositiossa (sekä vasen- ETTÄ oikeakätinen spin), ei heikkoa vuorovaikutusta tapahtuisi lainkaan. Tätä hypoteesia tukee (toistaiseksi) se, ettei WIMPejä ole löydetty.

Miksi ei tapahtuisi, sillä olisihan siinä 50% niitä heikoille vv:lle suotuisiakin tiloja. Itseasiassa koko maailmankaikkeushan on kvanttimekaaninen systeemi, jolloin se on koko ajan "enemmän tai vähemmän"superpositiossa.

Taas omiin tutkimuksiin peilaten.

On tuossa sellainen selvitettävä ajatuksen tynkä, että jos avaruudessa on kausaliteettia kahtena rihmana kutova duaalisykli, voisi suuri osa tyhjön potentiaalista olla tasan vastakkaisessa vaiheessa vuorovaikutusavaruuden kanssa ja ei siksi osuisi juuri koskaan aineen kanssa vuorovaikuttamaan. Se voi kuitenkin pitää hallussaan tilan viritystä eli gravitaatiota ja voisi olla jopa perua alkuperäisestä epäjatkuvuuskohtien erkaantumisesta. Lievät kallistukset syklivaiheessa olisivat tyhjön poreilua ja vaikuttaisivat gravitaatiogeometriaan pimeän massan ilmiön. Vaihekallistelut johtuisivat gravitaatioaaltojen (neutriinojen?) interferensseistä, joita syntyy gravitaatiolähteiden muutosheilahteluista suhteessa paikalliseen gravitaatiokenttään.

Tämä olisi aivan Albert-sedän mekanismin mukaista, mutta tuottaisi sen kenttäilmiön, joka ilmenee pimeänä massana ja estää mustien aukkojen todelliset tapahtumahorisontit.

Voisi jopa jännitys-energia-tensori-algebrassa aiheuttaa kaksinkertaisena efektin, koska voisi muuttua sekä tilaviritys (avaruuden suuntainen muutos) että aikaviritys (kausaliteetin suuntainen muutos), mutta tämä on vain intuitio. Ehkä mustien "aukkojen" vastamekanismissa olisi vain tilavirtystä lisäävä tekijä, ei olisi aikaa kausaliteettijatkumon muutokselle ainakaan kovin paljoa. Hm, tämä voisi olla gravitaatiokentän / tyhjöenergiavirtauksen voimakkuuteen liittyvä tekijä, jonka vaikutus optiseen havaintoavaruuteen olisi siis 1...2 -kertainen riippuen kuinka lähellä valonnopeutta c liikutaan. Pitäisi käydä variaatiot läpi.

Kaukanapa ei ole sitten ajatus, että siellä missä kiihtyvää laajenemista havaitaan olisi kyseessä vastamekanismi; ei tilavirityksen vähneminen vaan lisääntyminen, pimeä energia. Ainoa spekulaatio mulla on sellaiselle antityhjöenergiakupla, mutta se on aikas arvailupohjalla.

Hienorakennevakio suoraan vapausasteista: 1 / (1^0+2^1+3^2+5^3+1^0/2^1*3^2/5^3) = 1 / 137,036

JPI
Seuraa 
Viestejä24802
Liittynyt5.12.2012
Pride
JPI
Pride

Jos pimeän aineen "hiukkanen" on jatkuvassa superpositiossa (sekä vasen- ETTÄ oikeakätinen spin), ei heikkoa vuorovaikutusta tapahtuisi lainkaan. Tätä hypoteesia tukee (toistaiseksi) se, ettei WIMPejä ole löydetty.

Miksi ei tapahtuisi, sillä olisihan siinä 50% niitä heikoille vv:lle suotuisiakin tiloja. Itseasiassa koko maailmankaikkeushan on kvanttimekaaninen systeemi, jolloin se on koko ajan "enemmän tai vähemmän"superpositiossa.

"Only left-handed particles experienced the weak interaction; right-handed particles were not affected by the weak forces that were known then.

Jos spin on vasen- TAI oikeakätinen - heikolle vuorovaikutukselle suotuisia tiloja on 50%.

Jos spin on vasen- JA oikeakätinen - heikolle vuorovaikutukselle suotuisia tiloja on 0%.

Eikö?

Superpositiossa on sekaisin molempia tiloja, siis superpositiota voi kuvata tilalla a*Ι-> + b*Ι+>, missä ΙaΙ +ΙbΙ = 1 ja - ja + viittaavat helisiteettiin eli spinin projektioon liikkeen suunnassa. vuorovaikutuksessa siis heikko vv kytkee vain tilaan a*Ι->.

3³+4³+5³=6³

Pride
Seuraa 
Viestejä593
Liittynyt24.5.2005
JPI
Pride
JPI
Pride

Jos pimeän aineen "hiukkanen" on jatkuvassa superpositiossa (sekä vasen- ETTÄ oikeakätinen spin), ei heikkoa vuorovaikutusta tapahtuisi lainkaan. Tätä hypoteesia tukee (toistaiseksi) se, ettei WIMPejä ole löydetty.

Miksi ei tapahtuisi, sillä olisihan siinä 50% niitä heikoille vv:lle suotuisiakin tiloja. Itseasiassa koko maailmankaikkeushan on kvanttimekaaninen systeemi, jolloin se on koko ajan "enemmän tai vähemmän"superpositiossa.

"Only left-handed particles experienced the weak interaction; right-handed particles were not affected by the weak forces that were known then.

Jos spin on vasen- TAI oikeakätinen - heikolle vuorovaikutukselle suotuisia tiloja on 50%.

Jos spin on vasen- JA oikeakätinen - heikolle vuorovaikutukselle suotuisia tiloja on 0%.

Eikö?

Superpositiossa on sekaisin molempia tiloja, siis superpositiota voi kuvata tilalla a*Ι-> + b*Ι+>, missä ΙaΙ +ΙbΙ = 1 ja - ja + viittaavat helisiteettiin eli spinin projektioon liikkeen suunnassa. vuorovaikutuksessa siis heikko vv kytkee vain tilaan a*Ι->.

Enpä osaa sanoa juutajaata tuosta.

Elin ymmärryksessä että tuossa vanhassa kokeessa, mitä yllä oleva englanninkielinen lainaus (Nature) kuvastaa, tutkittiin CP-rikkoa ilman että lähtötilanteeseen oli superpositiota sotkettu. Ymmärsin, että tutkimuksessa perinteinen havainto/mittaus oli jo johtanut superposition romahtamiseen jompaan kumpaan "spinin kätisyyteen". Siitä huolimatta heikon vuorovaikutuksen kuitenkin havaittiin vaikuttavan vain "spinin kätisyydestä" riippuen osaan alkeishiukkasista.

Ilmeisesti juuri tässä on hypoteesin perustavanlaatuinen virhe, sillä se on rakennettu tuon olettaman/lähtötilanteen ympärille.

Jos näin ei siis olekaan vaan alkuperäiseen kokeeseen (eli todennäköisemmin suoraan spiniin) liittyy superpositio jo olennaisesti.

Sen siitä saa, kun koittaa miettiä asioita ymmärtämättä perusteita. :)
Jollei muuta, niin taas vähän viisaampana kohti seuraavaa vastoinkäymistä! :D

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Uusimmat

Suosituimmat