Schon unmittelbar nach Beginn des Experiments zeigt sich (anhand der überwiegenden Rotfärbung im linken Bild) innerhalb einer Vakuumkammer eine Dichtekonzentration in der ultragekühlten Atomwolke. Schon 80 Millisekunden nimmt diese Dichte deutlich ab (r.). | Copyright: Chen-Lung Hung
Chicago (USA) - US-Forschern ist erstmals gelungen, das Muster der sogenannten kosmischen Hintergrundstrahlung im Labor zu reproduzieren. Hierzu nutzen die Wissenschaftler ultrakalte Caesium-Atome in einer Vakuumkammer.
Wie das Team um Professor Cheng Chin von der University of Chicago aktuell im Fachjournal "Science Express" und in der nächsten Ausgabe von "Science" (DOI: 10.1126/science.1237557) berichtet, sei es das erste Mal, dass das von Weltraumteleskopen wie dem "Cosmic Background Explorer" (COBE), der "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe" (WMAP) und der aktuellen Planck-Mission gemessene Muster der kosmischen Hintergrundstrahlung, sozusagen eine Art "Echo des Urknalls" und damit die Evolution der Struktur des frühen Universums, simuliert werden konnte. Die dabei entstandenen Farbkarten (s.Abb.) zeigen sozusagen ein Standbild des Universums ca. 380.000 Jahre nach seiner Entstehen, durch den mutmaßlichen Urknall.
Wie die Forscher in ihren Experimenten zeigen konnten, bedarf es "bestimmter Umstände, unter denen eine Wolke aus auf ein Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) in einer Vakuumkammer Phänomene aufzeigt, die in auffallender Weise jenen gleichen, wie sie anhand der kosmischen Hintergrundstrahlung als Zustand kurz nach dem Urknall abgelesen werden können.
"Bei diesen ultrakalten Temperaturen werden die Atome gemeinsam stark angeregt. Sie reagieren dann gerade so als wären sie Klang/Schallwellen - ganz genau so wie die Ansammlung von Strahlung und Materie, wie sie sich anhand der COBE- und WMAP Experimente darstellt", so die Forscher. Zugleich stimme die Entstehung synchronisierter Schallwellen mit den Spekulationen von Kosmologen über das Aufblähen des frühen Universums.
Himmelskarte der Temperaturunterschiede im frühen Universum ca. 380.00 Jahre nach dem Urknall. | Copyright: Illustration by NASA/WMAP Science Team
Diese plötzliche Ausdehnung des Universums in dieser frühen Phase des Universums erzeugte – si die Theorie - Wellen in der Raum-Zeit (also in der Struktur des Universums) im Echo des Urknalls. "Stark vereinfacht gesagt kann man sich den Urknall also als Explosion vorstellen, die Klang erzeugte", erläutert Chin. "Diese Wellen überlagerten sich dann, wodurch ziemlich komplexe Muster (sogenannte Sakharov-Oszillation) entstanden. Das ist der Ursprung der Komplexität, die wir heute im Universum beobachten können."
Das auf diese Weise von den Forschern im Labor simulierte Universum hatte einen Durchmesser von gerade einem 70 Mikron - also in etwa dem Durchmesser eines menschlichen Haares. Im Gegensatz zum Alter des frühen Universums von gerade einmal 380.000 Jahren, dauert es im Experiment 10 Millisekunden, bis sich der vergleichbare Zustand in der Miniatur-Atomwolke einstellte. "Wie sich zeigt, ereignet sich sie gleiche Art von Physik auf den unterschiedlichsten Maßstäben", so Chin. "Das ist die faszinierende Kraft der Physik."
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Quelle: uchicago.eduhttp://www.uchicago.edu