التحول الطوري الكوني

التحول الطوري الكوني هو تغير شامل في حالة المادة في جميع أنحاء الكون. وقد دفع نجاح نموذج الانفجار العظيم الباحثين إلى التكهن بحدوث تحولات طورية كونية محتملة في بدايات الكون، عندما كان أكثر حرارة وكثافة مما هو عليه اليوم. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

قد يكون أي تحول طوري كوني قد ترك إشارات يمكن ملاحظتها اليوم، حتى لو حدث في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم، عندما كان الكون معتمًا للضوء . ^{[ 3 ]}

يمكن استخدام النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، المُعَلم بقيم مُقاسة في المختبرات، للتنبؤ بطبيعة التحولات الطورية الكونية. ^{[ 4 ]} يتغير النظام في حالته الأرضية عند درجة حرارة عالية مع انخفاض درجة الحرارة نتيجة لتمدد الكون. وقد تصبح حالة أرضية جديدة مُفضلة، ويُعد الانتقال بين الحالتين تحولًا طوريًا. ^{[ 4 ] : ​​9}

يمكن ربط التحول الطوري باختلاف التناظر بين حالتين. على سبيل المثال، السائل متجانس الخواص، بينما الماء الصلب ( الجليد ) له اتجاهات ذات خصائص مختلفة. تختلف طاقة الحالتين: طاقة الجليد أقل من طاقة الماء السائل. يمكن لنظام مثل قضيب حديدي يُبرد إلى ما دون درجة حرارة كوري أن يمتلك حالتين عند نفس الطاقة المنخفضة، مع عزم مغناطيسي إلكتروني متجه في اتجاهين متعاكسين. فوق درجة حرارة كوري، يكون القضيب غير مغناطيسي، مما يتوافق مع العزوم المتجانسة الخواص؛ أما تحتها، فتختلف خصائصه المغناطيسية بقيمتين، مما يتوافق مع تناظر الانعكاس. تُسمى هذه العملية كسر التناظر التلقائي . ^{[ 5 ] : 178}

يحتوي النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات على ثلاث قوى أساسية : القوة الكهرومغناطيسية ، والقوة الضعيفة ، والقوة القوية . بعد الانفجار العظيم بفترة وجيزة، ربما تكون درجات الحرارة المرتفعة للغاية قد غيّرت طبيعة هذه القوى. وبينما تتصرف هذه القوى الثلاث بشكل مختلف اليوم، يُعتقد أنها ربما كانت موحدة في درجات الحرارة المرتفعة للكون المبكر. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

انتقال طور QCD

تربط القوة النووية القوية الكواركات معًا لتكوين البروتونات والنيوترونات ، في ظاهرة تُعرف باسم الحصر اللوني . مع ذلك، عند درجات حرارة عالية بما يكفي، تتفكك البروتونات والنيوترونات إلى كواركات حرة. يُطلق على هذا التحول الطوري أيضًا اسم تحول الكوارك-هادرون. ^{[ 14 ] : 305.} أظهرت دراسات هذا التحول، استنادًا إلى نظرية الكروموديناميكا الكمية الشبكية، أنه كان سيحدث عند درجة حرارة تقارب 155 ميغا إلكترون فولت ، وكان تحولًا سلسًا. ^{[ 15 ]} في الكون المبكر، يُفترض أن الجهد الكيميائي للباريونات قريب من الصفر، وأن التحول قرب 170 ميغا إلكترون فولت يحول بلازما الكوارك-غلوون إلى غاز هادروني. ^{[ 4 ] : ​​25}

يفترض هذا الاستنتاج أبسط سيناريو عند حدوث الانتقال، وتكون الانتقالات من الرتبة الأولى أو الثانية ممكنة في وجود كمون كيميائي للكوارك أو الباريون أو النيوترينو ، أو في وجود مجالات مغناطيسية قوية. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

إذا توحدت القوى الثلاث للنموذج القياسي في نظرية موحدة كبرى ، لكان قد حدث تحول طوري كوني عند درجات حرارة أعلى، يتوافق مع اللحظة التي انفصلت فيها القوى لأول مرة. ^{[ 11 ] [ 12 ]} ويُعدّ هذا التحول في نظرية التوحيد الكبرى بمثابة كسر لهذه الحالة الموحدة الافتراضية إلى النموذج القياسي.${\displaystyle SU(3)\أوقات SU(2)\أوقات U(1)}$قد يكون التناظر مسؤولاً عن الزيادة الملحوظة في المادة على المادة المضادة. ^{[ 14 ] : 305.} كما يُحتمل أن تكون التحولات الطورية الكونية قد حدثت في قطاع مظلم أو خفي ، بين الجسيمات والحقول المرتبطة ارتباطًا ضعيفًا جدًا بالمادة المرئية. ^{[ 21 ]}

من بين الطرق التي يمكن أن يكون للتحولات الطورية الكونية من خلالها عواقب قابلة للقياس، إنتاج موجات الجاذبية البدائية والتنبؤ بعدم تناظر الباريونات. ولم يتم التوصل إلى تأكيد كافٍ حتى الآن. ^{[ 4 ]}

• الجدول الزمني للكون المبكر
• التسلسل الزمني للكون
• التحول الطوري
• الفيزياء ما وراء النموذج القياسي