Particulele numite axioni ar putea dezvălui modul în care materia a cucerit universul

Creați o potențială a treia victorie pentru particulele ipotetice numite axioni.

Dacă particulele subatomice există, ele ar putea rezolva două puzzle-uri presante ale fizicii particulelor: sursa materiei întunecate care umple galaxiile cu masă invizibilă și motivul pentru care interacțiunile dintre quarci – particulele care formează protoni și neutroni – aderă la un anumit nivel. simetria naturii, numită simetrie CP, pe care alte tipuri de interacțiuni cu particule o ocolesc.

Acum, doi cercetători spun că axioanele ar putea rezolva o a treia problemă spinoasă: de ce universul este format în mare parte din materie, în timp ce antimateria este rară. În universul timpuriu, axionul s-ar fi putut comporta într-un mod care produce un exces de materie, sugerează fizicienii particulelor Raymond Co și Keisuke Harigaya în 20 martie. Scrisori de revizuire fizică.

„Au o idee care are toate ingredientele potrivite pentru a face niște lucruri interesante”, spune fizicianul Michael Dine de la Universitatea din California, Santa Cruz. Dar rămâne de văzut dacă ideea poate reproduce pe deplin proprietățile cosmosului, spune el. „Acesta este unul dintre acele cazuri în care diavolul este în detalii.”

Oamenii de știință cred că în urmă cu 13,8 miliarde de ani, Big Bang-ul a dat naștere în părți egale de materie și antimaterie. Deoarece materia și particulele de antimaterie se anihilează atunci când se întâlnesc, asta ar fi lăsat un univers plin de energie pură. Deci, pe măsură ce universul a evoluat, un proces trebuie să fi favorizat materia în detrimentul antimateriei, dar oamenii de știință încă nu știu sigur cum s-a întâmplat. Unii cercetători cred, de exemplu, că neutrinii au jucat un rol (SN: 25/11/19).

Now Co, de la Universitatea din Michigan din Ann Arbor, și Harigaya, de la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, NJ, propun o nouă idee despre modul în care materia a câștigat avantajul. Se bazează pe evoluția câmpului axion, o pătură eterică ipotetică care pătrunde în spațiu, similar modului în care un câmp electric se extinde în jurul unei sarcini electrice.

Oscilațiile în puterea câmpului axion corespund particulelor axionale. Imaginați-vă o biluță în fundul unei sticle de plastic de sifon: mișcați sticla, iar marmura se va mișca înainte și înapoi în unul dintre divoturile de la baza sticlei. Mișcări similare într-un câmp de axioni generează axioni. În universul timpuriu, câmpul axion ar fi avut multă energie, înainte de a se instala în starea cea mai scăzută de energie posibilă – asemănătoare cu o marmură sus pe peretele sticlei de sifon care alunecă în adâncime.

Ceea ce Co și Harigaya propun este că, în loc să se rostogolească drept pe partea sticlei, câmpul axion s-ar fi întors în spirală în jurul sticlei până la fund. Printr-o succesiune de interacțiuni care implică forța puternică, care leagă quarcii împreună, și forța slabă, care produce anumite dezintegrari radioactive, această spirală, spune Co, „va duce la o producție de mai multă materie decât antimaterie în universul timpuriu. ”

Oamenii de știință caută în prezent axioni, de exemplu cu experimentul Axion Dark Matter din Seattle (SN:3/6/20). Teoria lui Co și Harigaya prezice, totuși, că axioanele ar fi puțin mai masive decât ceea ce caută ADMX. Experimentele viitoare, cum ar fi Observatorul Internațional Axion, ar putea căuta acele particule mai voluminoase.

Cu toate acestea, cifrele nu prea funcționează încă: studiul prezice de aproximativ 100 de ori mai multă materie întunecată decât este necesară pentru a explica observațiile universului. Dar unele considerații suplimentare ar putea remedia această nepotrivire, spun Co și Harigaya, de exemplu, dacă există o altă particulă masivă pe care oamenii de știință nu au descoperit-o încă.