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¿Cuál fue el mayor descubrimiento en ondas gravitacionales realizado el 17 de marzo de 2014, en el experimento de BICEP2?

El Harvard-Smithsonian Centro para la Astrofísica celebró una conferencia de prensa hoy para anunciar un descubrimiento importante relativa a las ondas gravitacionales. ¿Cuál fue su anuncio, y ¿cuáles son las implicaciones?

Sería este descubrimiento será la confirmación de la existencia de las ondas gravitacionales, según lo predicho por la relatividad general (aunque Sean Carroll, enlaces a la premio Nobel de la página web lo que implica que G-ondas fue detectado hace décadas, mientras que mi libro sobre la GR (B. Schutz) dice que todavía están buscando...estoy confundido)

También, con respecto a la teoría de la inflación, que sería este descubrimiento confirma la inflación o refutar? O algo más, la teoría de cuerdas?

50voto

Alan Rominger Puntos 13921

El papel real (pdf) es muy pesado en el error de cuantificación, y con razón. Se presenta un experimento de resultado que estadísticamente es muy difícil de obtener. Pero para el resto de nosotros, la conclusión es la parte más importante. El resumen dice:

La observó B-modo de espectro de potencia es perfecto por un filmada-$\lambda$CDM + tensor modelo teórico con tensor/escalar de la relación r = 0.20

Por lo que puedo decir, esta es su conclusión. Para comenzar a entender, tenemos que conseguir un asimiento en el componente de teorías.

  • Lambda-CDM_model es un modelo de la cosmología, básicamente
  • El Fondo Cósmico de Microondas (CMB) es la luz de la última dispersión de cuando el universo temprano era todavía opaco
  • El escalar perturbaciones de densidad (fluctuaciones) de la CMB son de las fluctuaciones cuánticas en el universo de la energía, y estas eran las "semillas" que permitió a las galaxias a la forma, dando lugar a la estructura en la que vivimos.
  • El tensor/escalar proporción variable ( r) en el papel es una medida de la magnitud del tensor de las fluctuaciones de la CMB en relación a la ya mide escalar las fluctuaciones. Me satisface a mí mismo diciendo que el tensor de fluctuaciones son "vector" de las fluctuaciones.
  • Modo B es el tipo de polarización de la señal. Al parecer otro tipo de esta señal fue descubierto antes, pero esto está más allá de mi comprensión.

El papel también es muy claro que el valor de r no es 0. Su experimento prueba de este hecho a $5.9 \sigma$. Por mi normas, que hace que la proposición es verdadera.

El físico que predijo esto fue visitado por alguien que trabajó en él, y hay un video de ella en línea. Primeras palabras que dijo fue que "es de 5 sigma .2". El 5 sigma sólo significa que es justo. El .2 se refiere a que el valor de r por encima. Que fue el choque que los medios de comunicación se hace referencia. El hecho de que r=.2 es información nueva para la ciencia aquí.

El post del blog de otro usuario del blog es muy informativo. También es mucho más pesada sobre las implicaciones del descubrimiento. Por ejemplo, el descubrimiento nos da mucho mejor la información sobre la energía en los cuales la inflación época tuvo lugar. Sin embargo, el impacto del descubrimiento son extraordinariamente largo alcance. Así que, yo diría que la específica descubrimiento en mano aquí es que r no es igual a cero, y está cerca de 0.2.


Aquí hay algunas citas de la primera parte de la ponencia que sugieren que las motivaciones para el experimento en el primer lugar. El énfasis es mío:

La inflación predice que la cuantización de un campo gravitacional , junto a la expansión exponencial produce una primordial de fondo de la estocástica de las ondas gravitacionales con una característica forma espectral (Grishchuk 1975; Starobinsky 1979; Rubakov et al. 1982; Fabbri Y Pollock 1983; Abbott Y Wise 1984; ver también Krauss Y Wilczek de 2013).

La redacción aquí es crucial, en la nota "la cuantización del campo gravitacional". Esta es la gravedad cuántica, y de una teoría basada en la predicción que condujo a una medida de resultado. Para mí, este hecho es aún más increíble que la de obtener evidencia directa de ondas gravitacionales. De hecho, desde mi lectura, esta parece ser la de tratar el gravitón propiedades dentro del contexto de campos cuánticos.

Para más detalle:

Aunque raro estar directamente detectable en los instrumentos modernos, estas ondas gravitacionales habría imprimió una única firma en el momento de la CMB. Las ondas gravitacionales inducir local cuadrupolo de las anisotropías en la radiación de campo dentro de la última dispersión de la superficie, la inducción de la polarización en la luz dispersa (Polnarev 1985). Esta polarización patrón incluirá un "rulo" o B-modo de componente en el grado escalas angulares que no puede ser generado primordialmente por perturbaciones de densidad.

Esto va sobre cómo llegar de ondas gravitacionales a la polarización. Todavía estoy un poco dudoso en exactamente lo que la propiedad de las ondas gravitacionales que conduce a esto. Sin embargo, sus efectos visuales de la página da una pista útil para mí. Ver su descripción de la polarización. La "densidad" de onda" es lo que me había típicamente asociada con una onda gravitatoria. Sin embargo, reconozco que, más complicado alternativa también es posible. Esto es trivialmente cierto, porque la relatividad general utiliza los tensores. Es la diferencia entre conseguir un resorte hacia adelante y hacia atrás frente de lado a lado. Si estamos hablando de lado a lado modos, entonces yo esperaría que para polarizar las cosas que pasa a través de... a diferencia de los redshifting ellos y blueshifting de vuelta.

Para más sobre esto:

Lente gravitacional de la CMB luz de la estructura a gran escala relativamente tardía veces produce pequeñas desviaciones de los primordiales patrón, la conversión de una pequeña porción de Correo de alimentación de modo en B-modos.

Esto parece que cubre algunos de los más finos detalles, sino que también explica por qué este trabajo se diferencia de los experimentos anteriores que se dice que los resultados tanto en el modo E y B-modos. El efecto de polarización, mientras sea lo suficientemente antigua, parece necesariamente tienen que venir de la gravedad cuántica efectos.


Tengo 3 aún más detallada de los puntos que he encontrado de varias reseñas de este evento. Estos se refieren a lo que se mide, lo que hace que BICEP2 diferentes de otros experimentos, y por qué el experimento es tan importante. Estos detalles específicos son:

  • El patrón se buscaba era un 45$^{\circ}$ polarización en relación a la temperatura (?) gradiente
  • Configuración de un menor límite en el valor de r fue la aportación novedosa de BICEP2
  • Una relación llamada la Lyth obligado calcula el tiempo/energía de la inflación a partir de este valor de r

La primera viñeta viene de un video de youtube por minuto de la física. Afirman que la densidad, el movimiento y la temperatura de la materia en la génesis de la CMB impactos de polarización. Sin hacer referencia a las ondas de gravedad, esperamos que la polarización a 0$^{\circ}$ y el 90$^{\circ}$ en relación al gradiente de temperatura (nota: hay un poco de confusión en el video si esta es la densidad de la temperatura graident, dicen una cosa, pero escribir otro). Ellos van a decir que el BICEP2 resultado es que alrededor del 15% de la polarización que viene desde el 45$^{\circ}$ "sacude", que son de cuento de hadas, las señales de las ondas de gravedad. Es mucho más difícil explicar por qué esto debe ser así.

La próxima bala - vamos a aclarar por qué importa esto cuando la misma cosa ha sido medido por los experimentos anteriores. Otros experimentos han estimado que el valor de r, pero las estimaciones son inherentemente agrupado alrededor de r=0. Esto todavía limita el valor, pero no es eficaz para determinar si es distinto de cero, lo que tiene valor para los teóricos. Sin duda, esto está relacionado con mi primera viñeta - que la crítica de medición consiste en medir el ángulo de polarización en relación a la densidad del gradiente de un campo escalar.

confidence intervals

La tercera viñeta, algo que se llama la Lyth obligado/relación es frecuentemente citado en las discusiones de este tema. Para leer más, no hay discusión en Quora. La ecuación es:

$$ \Delta \phi = m_p N_e \sqrt{ \frac{ r}{8} } $$

La variable $N_e$ ha sido medido por los experimentos anteriores. Es citado en varios lugares, incluyendo el seguimiento académico de los artículos, que el resultado de BICEP2 se reduce a la ecuación de arriba a $\Delta \phi \approx 9.6 M_{pl}$. La variable restante es sólo la masa de Planck. Yo creo que este número se interpreta como la energía que la inflación "atravesado". En términos más prácticos, esto nos da la energía/tiempo en el que la inflación ocurrió. Aquí es donde viene la gente cuando se menciona cómo este resultado nos permite mirar más allá en el pasado.

18voto

titus Puntos 89

Se anunció que a través de la observación de la radiación Cósmica de Fondo de Microondas, a través del experimento BICEP2 en la Antártida, en particular, la polarización en un 2-4 grado de la escala angular, las ondas gravitacionales de la inflación durante los inicios del universo, se están indirectamente observado.

Enlace a preguntas frecuentes acerca de la liberación:

http://bicepkeck.org/faq.html

Enlace para pre-impresión:

http://bicepkeck.org/b2_respap_arxiv_v1.pdf

Enlace al comunicado de prensa las imágenes y los títulos:

http://bicepkeck.org/visuals.html

Basado en las mediciones de la B-modo de polarización de los fotones del CMB, BICEP2 informes, respecto a la lamba-CMB + tensor de la modelo, que el tensor para escalar relación (r) es

$r = 0.20_{-0.05}^{+0.07}$ a un 68% de nivel de confianza, sin tener en cuenta los efectos del polvo.

$r = 0.16_{-0.05}^{+0.06}$ se informa, cuando se corrige por un modelo que considera el polvo.

Otros resultados obtenidos con el Telescopio del Polo Sur y el Satélite Planck, de base a gran escala tempeature mediciones de la CMB han constained el tensor/escalar relación de a $r<0.11$ a un 95% de nivel de confianza.

Actualización 6/2014:

En la versión publicada de los resultados, el BICEP2 grupo de estados "polarizada del polvo la emisión puede ser más fuerte que cualquiera de los modelos de" considerado en el papel y que no se puede "excluir la posibilidad de que la emisión de polvo brillante suficiente para explicar todo el exceso de señal".

8voto

Anonymous User Puntos 942

El Dr. Matt Strassler tiene gran información en su sitio, ver aquí:

http://profmattstrassler.com/2014/03/17/a-primer-on-todays-events/ http://profmattstrassler.com/2014/03/17/bicep2-new-evidence-of-cosmic-inflation/ http://profmattstrassler.com/2014/03/18/if-its-holds-up-what-might-bicep2s-discovery-mean/

He aquí un resumen de algunos de los puntos clave en mis propias palabras (de cualquier tipo de errores son míos):

Se cree que en la primera pequeña fracción de segundo después del Big Bang, el universo sufrió una manera extremadamente rápida expansión conocido como inflación. Podemos ver restos de la radiación, no desde mucho tiempo atrás, pero a partir de 380.000 años después del Big Bang, que fue el punto en el que el universo era finalmente se enfríe lo suficiente como para que los electrones se unen a los protones. Esta radiación ha sido estudiado y se ha encontrado para ser muy uniforme. Tiene ligeras variaciones de temperatura, que también han sido estudiados. Estas observaciones apoyan la idea de la inflación. Las variaciones de temperatura se entienden debido a las fluctuaciones cuánticas en el universo temprano, y estas fluctuaciones consiguió soplado (ampliado) por la inflación, junto con todo lo demás.

Además de las variaciones de la temperatura, también hay pequeñas variaciones en la polarización de la radiación. Estos vienen en dos tipos, modo E y B-mode. E-modo de polarización tiene una causa similar a las variaciones de temperatura. (Prof. Strassler tiene una bonita imagen que ilustra la diferencia.) El E-modo de polarización fue estudiado hace un tiempo, y nada sorprendente fue encontrado allí. El modo B de polarización en pequeñas escalas (que es, observado a través de pequeños parches de cielo) pueden surgir de la E-modo de polarización, o de lente gravitacional que sucedió como la radiación estaba en su camino hacia nosotros. Pero a gran escala B-modo de polarización es la evidencia de algo más: las ondas gravitacionales producidas por la inflación. Esto es lo que ha sido reclamado por el nuevo resultado: gran escala B-modo de polarización.

Algunas cosas importantes para recordar:

(1) Mientras que los experimentadores se detecta en modo B de polarización en los más de 5 sigma nivel, no se puede decir que es un 5 sigma detección inflacionario de las ondas gravitacionales. Para citar Prof. Strassler: "Para eso se necesita de suficientes datos para mostrar sus datos observados de acuerdo en detalle con las predicciones de la inflación. El 5.2 sigmas se refiere al nivel de la detección de B-modo de polarización que no es simplemente debido a la lente."

(2) Esto no es una observación directa de ondas gravitacionales. Más bien, se cree que los que están observando cómo las ondas gravitacionales producidas en la primera fracción de segundo del universo, afectaron a la radiación producida 380.000 años después.

(3) Esta no es la primera observación indirecta de las ondas gravitacionales. Ese fue el Hulse–Taylor púlsar binario, lo que resultó en un premio Nobel. Básicamente, de dos estrellas de neutrones se encuentran en órbita unos a otros y la pérdida de energía en una manera que es consistente con lo que se puede esperar si están irradiando ondas gravitacionales.

(4) es la primera de la observación indirecta de las ondas gravitacionales producidas por la inflación.

(5) Es muy importante el resultado (si es correcto) porque es la evidencia de la inflación, y puede ayudar a determinar que la teoría de la inflación es la correcta.

(6) también Es un resultado importante (si es correcto) porque nos indica la densidad de energía durante la inflación. Esto es sugestivo de nuevo más allá del Estándar de la física del Modelo en esta escala de la energía. Y como resulta que, en la escala de la energía, $10^{16}$ GeV, es la vuelta de donde las constantes de acoplamiento para la electromagnética, débil y fuerte de las fuerzas de unificar.

(7) Como todos los nuevos resultados experimentales, se debe tomar con un grano de sal hasta que otro experimento reproduce.

De nuevo, ese es mi resumen, te recomiendo la lectura a través de todos los enlaces que he publicado anteriormente.

4voto

Olaf Puntos 778

Los astrofísicos de la BICEP2 colaboración anunció la detección de la inflación de las ondas gravitacionales en el modo B del espectro de potencia, proporcionando una fuerte evidencia de Guth la teoría de la inflación y el Big Bang.

1voto

Andreas Scherer Puntos 161

Sólo hemos mirado al CMB tiempo hasta el momento - es decir, alrededor de 300.000 años después de la BB. Ahora, habiendo visto este gravitacional huella en el CMB, nos han empujado a volver a nuestra primera observación a unos 10^-35 segundos. Eso es un enorme salto en el alcance de nuestra comprensión (un factor de alrededor de 10^47), y es la que es, probablemente, el aspecto más impresionante de este resultado para el profano.

También, ahora tenemos el primer indicio de que la gravedad se cuantifica.

Y parece que el espacio-tiempo realmente puede expandirse más rápido que la luz. Quizás, algún día, nuestros ingenieros estarán en condiciones de aprovechar esta increíble propiedad de nuestro universo.

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