Tartu Ülikooli ning Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi teoreetikute artikkel selgitas ülivarajase universumi mudelite klassifikatsiooni ning ilmus ajakirja 14. aprilli numbris.
Artikli autorid on Laur Järv, Mihkel Rünkla ja Margus Saal Tartu Ülikooli füüsikainstituudi teoreetilise füüsika laborist ning Kristjan Kannike, Luca Marzola, Antonio Racioppi, Martti Raidal ja Hardi Veermäe Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi kõrgete energiate ja arvutusfüüsika laborist. Töö valmis teaduse tippkeskuse “Tume universum” egiidi all.
Selline on kaasaegne arusaam universumi arengust.
Kaasaegse arusaama kohaselt tuleb erinevate kosmoloogiliste vaatluste kooskõlaliseks seletemiseks eeldada, et enam kui 13 miljardit aastat tagasi oli universum ülikiire paisumise seisundis, mida nimetatakse inflatsiooniks. Juhtivaks paradigmaks inflatsiooni kirjeldamisel on postuleerida nn skalaarset tüüpi väli. Selle omadused põhjustasid kiireneva paisumise ja genereerisid häiritused, mis olid aluseks universumi suuremastaabilise struktuuri kujunemisele ning mida praegu mõõdame kõrvalekalletena kosmilise mikrolainelise taustkiirguse foonis. Inflatsiooni mudeleid on välja pakutud kümneid, kui mitte sadu, aga alles tänu viimasel paaril aastal saadud taustkiirguse täppisandmetele (Plancki missiooni tulemused 2015) osutub võimalikuks mudelite ennustuste piisavalt täpne võrdlus vaatlustega ja ebasobivate mudelite kõrvaleheitmine. Seejuures tekitab uurijatele omajagu hämmeldust asjaolu, et paljude matemaatilise kuju ja teoreetilise lähtealuse poolest pealtnäha väga erinevate skalaarvälja mudelite esitatud ennustused osutuvad vaadeldavate suuruste jaoks identseks.
Käesoleva artikli autorid analüüsisid inflatsiooni mudeleid skalaarväljaga laiendatud gravitatsiooniteooria raames kasutades Tartu töörühmas varem välja töötatud nn invariantide formalismi. Selle formalismi eelnevas arendamises osalesid ka TÜ füüsikateoreetikud Piret Kuusk ja Ott Vilson. Nüüdse artikli põhiliseks tulemuseks oli näidata, et skalaarväljaga inflatsiooni mudelite omavaheline erinevus taandub ainult ühele funktsioonile, nn invariantsele potentsiaalile. Teisisõnu, esmapilgul erinevad mudelid on tegelikult vaatluslike ennustuste poolest ekvivalentsed, kui nende invariantsed potentsiaalid on samad. Seega on loomulik inflatsiooni mudeleid klassifitseerida nende invariantsete potentsiaalide alusel. Muuhulgas viis süstemaatiline lähenemine probleemile ka ühe uue mudelite klassi konstrueerimiseni.
“Kui muidu on gravitatsiooniteoreetikud ja osakestefüüsikud harjunud kasutama oma kitsa valdkonna spetsiifilist “keelt” ja vaatenurka probleemidele lähenemisel, siis erinevate kompetentside kokkuviimine universumi suurte mõistatuste lahendamisel on viljakas, et mitte öelda ainuvõimalik tee teaduse arenguks,” tõdeb “Tumeda universumi” tippkeskuse juht akadeemik Martti Raidal. Tippkeskusesse kuulub ka Tartu Observatooriumi galaktikate füüsika ja kosmoloogia töörühm.
Ameerika Füüsika Seltsi väljaanne Physical Review Letters avaldab kõikidest füüsika valdkondadest lühikesi väljapaistvat teadustulemust sisaldavaid artikleid, mis avavad uue uurimissuuna, lahendavad olulise probleemi või esitavad uudse head rakendust lubava meetodi. Füüsika teadusajakirjade hulgas leiavad seal ilmunud artiklid keskmiselt kõige enam tsiteerimist ning seal avaldamist peetakse väga prestiižseks. Eesti teadlastele pole see saavutus esmakordne, viimase kümne aasta jooksul on Physical Review Lettersi autorite hulgas ka Els Heinsalu, Dan Hüvonen, Mario Kadastik, Jaan Kalda, Urmas Nagel, Toomas Rõõm, Raivo Stern ja Alexander Tsirlin, käesoleva töö autoritest on selle veergudele varem jõudnud Kristjan Kannike, Antonio Racioppi ja Martti Raidal.
Laur Järv, Kristjan Kannike, Luca Marzola, Antonio Racioppi, Martti Raidal, Mihkel Rünkla, Margus Saal, and Hardi Veermäe “Frame-independent classification of single-field inflationary models”, Phys. Rev. Lett. 118, 151302 (2017); DOI:https://doi.org/10.1103/