Кастрюля с водой остывает так медленно, что остаётся жидкой даже ниже нуля. Одно крошечное возмущение — и она мгновенно превращается в лёд, высвобождая скрытое тепло. Примерно так же ранняя Вселенная могла пережить фазовый переход первого рода: одна форма материи внезапно сменялась другой, и этот толчок порождал гравитационные волны — рябь в самой ткани пространства.
Авторы работы рассмотрели особый скрытый сектор — невидимую часть мироздания, которая взаимодействует с нашим миром почти исключительно через гравитацию. Они описали его с помощью расширенной модели Намбу–Йона-Лазинио с тремя типами частиц, похожих на кварки. В этой модели есть взаимодействия, нарушающие CP-симметрию (разницу между материей и антиматерией), и дополнительные силы, стабилизирующие вакуум. Когда такой сектор остывал после Большого взрыва, в нём возникали пузырьки новой фазы — как пузырьки пара в закипающей воде, только наоборот.
Расчёты показали неожиданный результат. Обычно в подобных моделях переход происходит слишком быстро, и волны получаются слабыми. Но учёные нашли область параметров, где скорость перехода замедляется настолько, что амплитуда волн подскакивает до уровня, доступного будущей обсерватории μAres. При этом ключевые свойства волн определяются в основном радиальным профилем потенциала — своеобразным «рельефом» энергетического ландшафта, — а присутствие CP-нарушающего фона почти не сказывается на итоговом сигнале.
Так сложный скрытый сектор, с нарушенными симметриями и дополнительными взаимодействиями, обретает удивительно чистый и громкий гравитационно-волновой «голос». Будущие детекторы, возможно, услышат эхо того самого толчка, что когда-то превратил первичный «бульон» частиц в знакомый нам мир.
Обсерватория μAres, упомянутая в статье, — это проект космического детектора гравитационных волн, который сможет улавливать сигналы в диапазоне микрогерц, недоступном наземным установкам.
В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетный сигнал приходит на фоне ряби пространства-времени — примерно так же, как астрофизики ищут следы фазовых переходов в гравитационных волнах.