Jednou z největších záhad pro výzkumníky a vědce je vznik vesmíru. Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN) v poslední době usiluje o objevení nové částice známé jako axion, která může poprvé poskytnout informace o událostech, které se odehrály ve vesmíru pouhou jednu sekundu po velkém třesku.
V tomto článku vám řekneme vše, co potřebujete vědět o axion, částice, která by mohla vysvětlit velký třesk.
Axions a temná hmota
Původně navrhl v 1970. letech fyzik Roberto Peccei spolu se svou kolegyní Helen Quinn, axion je elementární částice, která vychází z teoretického rámce určeného k řešení otázky v rámci kvantové chromodynamiky (QCD), teorie, která popisuje interakce mezi kvarky a gluony. . Tato otázka patří k „problému zachování parity“, který naznačuje, že specifické vlastnosti musí zůstat nezměněny jadernými interakcemi. Zavedení axionu slouží jako mechanismus k obnovení této symetrie.
Mezi nejpozoruhodnější charakteristiky axionu patří jeho potenciální funkce jako součásti temná hmota, která představuje přibližně 27 % celkové hmotnosti vesmíru. Temná hmota nevyzařuje světlo ani radioaktivitu, takže je neviditelná a pozorovatelná pouze svým gravitačním vlivem. Pokud se prokáže, že existují axiony, mohly by být hojné v celém vesmíru, což by ospravedlňovalo nepolapitelnou povahu temné hmoty jako extrémně lehkých a obtížně detekovatelných částic.
Velký třesk a axionické částice
Prvotní exploze známá jako Velký třesk, která iniciovala vznik vesmíru, je událost zkoumaná četnými kosmologickými modely a teoriemi. Předpokládá se, že bezprostředně po velkém třesku se objevily různé částice a záření. Pokud axiony existují, mohly být během této rané fáze generovány ve značném množství a hrají roli ve vývoji vesmíru.
Výzkum společnosti Axion je důležitý nejen pro temnou hmotu, ale také pro zlepšení našeho chápání vesmíru během jeho formativních fází. Protože Velký třesk vytvořil širokou škálu částic, možná existence axionů může poskytnout informace o historické organizaci hmoty a energie.
Jaké informace máme o historii vesmíru?
Dnes analýza elektromagnetického spektra kosmického mikrovlnného pozadí (CMB) umožnila vědcům vystopovat téměř 14 miliard let do doby, kdy se vesmír ochladil natolik, že se protony a elektrony poprvé spojily vedlo k tvorbě neutrálního vodíku.
Fotony detekované při pozorování kosmického mikrovlnného pozadí (CMB) byly emitovány 400.000 XNUMX let po velkém třesku, takže je extrémně obtížné určit historii vesmíru před tímto časem.
Trio britských výzkumníků však navrhlo teorii naznačující možnou existenci částice známé jako axion, která Mohla být vypuštěna během první sekundy historie vesmíru. Ačkoli tato částice zůstává hypotetická, existuje mnoho důvodů se domnívat, že by axion mohl ve vesmíru skutečně existovat.
Co je to vlastně axion?
Axiony jsou teoretické základní částice, které, i když jsou stále hypotetické, mohou vyřešit určité složité otázky v rámci současných teorií částic.
Přítomnost axionu by pomohla vyřešit problém silné CP symetrie, která se týká rovnováhy mezi hmotou a antihmotou. Ve skutečnosti může poskytnout přirozené vysvětlení pro nápadné podobnosti ve vlastnostech hmoty a antihmoty, při poskytování informací o převaze hmoty nad antihmotou ve vesmíru.
Axions může poskytnout informace o tajemné "temné hmotě", která tvoří 23 % vesmíru. Výzkum ukazuje, že tyto částice představují jednoho z nejslibnějších kandidátů na přispění k neviditelné hmotě nebo temné hmotě, která se objevila krátce po velkém třesku.
Axion a jeho role v kontextu temné hmoty
Vzhledem k možnosti, že temná hmota se může skládat z axionů generovaných ve velkém množství po Velkém třesku, vědci pilně pracují na identifikaci axionické temné hmoty co nejdříve.
Článek publikovaný ve Physical Review D naznačuje, že pokrok citlivějších nástrojů zaměřených na detekci temné hmoty může neúmyslně vést k objevu dalšího indikátoru axionů, známý jako CaB. Tento termín označuje axion, který je analogický s Cosmic Microwave Background (CMB) a nazývá se Cosmic Axion Background. Vzhledem k podobnostem vlastností mezi CaB a axiony temné hmoty však existuje riziko, že signál CaB by mohl být v experimentálních podmínkách vyřazen jako šum.
Pro vědce identifikace CaB by představovala dvojí objev. Nejen, že by to potvrdilo existenci axionu, ale také by to vědecké komunitě nabídlo novou relikvii raného vesmíru. Metoda, kterou byl CaB generován, by mohla odhalit dosud neznámé aspekty formování a vývoje vesmíru.
Metody detekce axionu
Experimenty prováděné CERN byly zaměřeny na detekci axionu. Experiment určený k identifikaci axionové částice zahrnuje použití rezonančních mikrovlnných dutin, které jsou kalibrovány pro hmotnost axionu, umístěných v silných magnetických polích. Tato metodika se v současnosti používá v experimentu ADMX na University of Washington a má potenciál detekovat axionv případě, že je temná hmota tvořena výhradně axiony.
Další metoda detekce axionů zahrnuje použití helioskopů, speciálně navržených k identifikaci axionů generovaných ve Slunci. Toho je dosaženo použitím výkonného magnetu spárovaného s rentgenovými detektory, které mají výjimečně nízké pozadí. I když dosud nebyly nalezeny žádné důkazy o axionech, experiment CAST, který zahrnuje příspěvky výzkumníků z University of Zaragoza, překonal astrofyzikální omezení a otevřel dříve neprozkoumanou oblast pro průzkum.
