A maioria das pesquisas do professor Guth tem-se centrado sobre a aplicação da física de partículas teóricas para início do universo:
O que pode a física de partículas nos dizer sobre a história do universo, e que pode a cosmologia pode nos dizer sobre as leis fundamentais da natureza?
Em 1981, ele propôs que muitas características do nosso universo, incluindo a forma como ele veio a ser tão uniforme e por que ele começou tão perto da densidade crítica, pode ser explicado por um novo modelo cosmológico que ele chamou de inflação. A inflação é uma modificação da teoria convencional do grande estrondo, propondo que a expansão do universo foi impulsionado por uma força repulsiva gravitacional gerado por uma forma exótica de matéria. Apesar da proposta inicial de Guth foi falho (como ele apontou em seu papel original), a falha foi logo superada pela invenção da "nova inflação", de Andrei Linde na União Soviética e independentemente por Andreas Albrecht e Paul Steinhardt em os EUA.
Depois de mais de 20 anos de desenvolvimento e de controlar a evidência para o modelo de universo inflacionário agora parece melhor do que nunca.
O Universo Inflacionário – Crédito: WMAP Science Team, NASA.
O Universo tem se expandido gradualmente. Entretanto, sua expansão inicial foi extraordinariamente tão rápida quanto o seu crescimento desde as flutuações em escala quântica em um trilionésimo de um segundo.
De fato, esse cenário cosmológico, denominado Inflação, tem sido esmiuçado, evidenciado e quantificado pela análise de 5 anos dos dados do observatório espacial WMAP. Os equipamentos do WMAP detectaram a radiação de microondas cósmica de fundo (Cosmic Microwave Background – CMB) – o brilho residual do Universo primordial. O extraordinário sucesso WMAP na exploração do primeiro trilionésimo de segundo, favorecendo os cenários da teoria inflacionária se apóia na sua habilidade de realizar medidas precisas e inéditas das propriedades da radiação de microondas de fundo.
As sutis propriedades são destiladas das condições do Universo primordial relacionadas aos seus primeiros momentos de existência. O diagrama esquemático acima retrata os 13,7 bilhões de anos (além do trillionésimo de um segundo) da história do Universo desde a escala quântica inicial até a escala da formação das estrelas, galáxias e planetas.
Uma das conseqüências intrigantes da inflação é que flutuações quânticas no início do universo pode ser esticado em proporções astronômicas, fornecendo as sementes para a estrutura em larga escala do universo. O espectro destas flutuações predito foi calculada por Guth e outros em 1982. Essas oscilações podem ser vistos hoje como ondulações na radiação cósmica de fundo, mas a amplitude destas ondas fracas é apenas cerca de uma parte em 100.000.
No entanto, estas ondulações foram detectados pelo satélite COBE, em 1992, e que já foram medidos a precisão muito maior pelo satélite WMAP e outras experiências. As propriedades da radiação são encontrados para ser em excelente acordo com as previsões dos modelos mais simples da inflação cósmica.
Trabalhando com o Prof Edward Farhi e outros, Guth explorou a questão de saber se é possível, em princípio, para inflamar a inflação em um laboratório hipotético, criando assim um novo universo. A resposta é um talvez definitivo. Eles mostraram que ele não pode ser feito classicamente, mas com quantum de encapsulamento pode ser teoricamente possível.
O novo universo, se ele pode ser criado, não colocaria em risco o nosso próprio universo. Em vez disso, iria escorregar através de um buraco de minhoca e rapidamente desconectar completamente.
Outra característica intrigante de inflação é que quase todas as versões de inflação são partidas eterna-uma vez que a inflação, ele nunca pára completamente.
A inflação terminou em nossa parte do Universo, mas muito longe se espera que a inflação continua, e continuará para sempre. É possível, então, que a inflação também é eterno no passado? Recentemente Guth trabalhou com Alex Vilenkin (Tufts) e Borde Arvind (Southampton College) para mostrar que a região do espaço-tempo inflar deve ter um limite passado, e que uma nova física, talvez uma teoria quântica da criação, seria necessário para entendê-lo .
Grande parte do trabalho atual Guth também diz respeito ao estudo das flutuações de densidade decorrentes da inflação: Quais são as implicações das novas formas de inflação? Pode a teoria subjacente ser mais rigorosos? Guth é também interessado em prosseguir a possibilidade de a inflação no mundo "branas" modelos, que propõem que o nosso universo é uma membrana 3 +1- dimensional flutuando em um maior espaço tridimensional.
Trabalho anterior Guth incluiu o estudo da teoria de calibre estrutura, monopolos magnéticos e Instantons, máquinas do tempo Gott, e uma série de outros tópicos da física teórica.
Esboço biográfico
O professor Alan Guth nasceu em New Brunswick, Nova Jersey, em 1947. Ele cresceu e frequentou as escolas públicas em Highland Park, NJ, mas ignorado seu último ano do ensino médio para começar os estudos no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Ele permaneceu no MIT 1964-1971, a aquisição de SB, SM, e Ph.D. graus, todos em física. Seu Ph.D. tese, feito sob a supervisão de Francis Low, foi uma exploração de um modelo inicial de como os quarks se combinam para formar as partículas elementares que observamos.
Durante os próximos nove anos, Guth cargos de pós-doutorado na Universidade de Princeton, Universidade de Columbia, Universidade de Cornell, e de Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), trabalhando principalmente em bastante abstractos problemas matemáticos da teoria das partículas elementares. Enquanto na Universidade de Cornell, no entanto, Guth foi abordado por um físico pós-doutorado, Henry Tye, que convenceu Guth se juntar a ele em estudar a produção de monopolos magnéticos no início do universo. Este trabalho mudou o rumo da carreira de Guth. No ano seguinte, no SLAC, ele continuou a trabalhar com Tye sobre monopolos magnéticos. Eles descobriram que as suposições padrão em física de partículas e cosmologia levaria a um excesso de produção fantástica de monopolos magnéticos, uma conclusão a que se chegou um pouco mais cedo por John Preskill, depois em Harvard (hoje no Caltech). Guth e Tye começou uma busca por alternativas que possam evitar o problema superprodução magnético monopolo, e deste trabalho Guth inventou uma modificação da teoria do big bang chamado o universo inflacionário.
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