Jednou z najväčších záhad pre výskumníkov a vedcov je formovanie vesmíru. V poslednej dobe sa Európska organizácia pre jadrový výskum (CERN) snaží objaviť novú časticu známu ako axion, ktorá môže po prvý raz poskytnúť informácie o udalostiach, ku ktorým došlo vo vesmíre len jednu sekundu po Veľkom tresku.
V tomto článku vám povieme všetko, čo potrebujete vedieť o axion, častica, ktorá by mohla vysvetliť Veľký tresk.
Axions a temná hmota
Pôvodne navrhol v sedemdesiatych rokoch fyzik Roberto Peccei spolu so svojou kolegyňou Helen Quinn, axion je elementárna častica, ktorá vychádza z teoretického rámca určeného na riešenie otázky v rámci kvantovej chromodynamiky (QCD), teórie, ktorá opisuje interakcie medzi kvarkami a gluónmi. . Táto otázka patrí do „problému zachovania parity“, čo naznačuje, že špecifické charakteristiky musia zostať nezmenené jadrovými interakciami. Zavedenie axionu slúži ako mechanizmus na obnovenie tejto symetrie.
Medzi najvýznamnejšie charakteristiky axiónu patrí jeho potenciálna funkcia ako súčasti temnej hmoty, ktorá predstavuje približne 27 % celkovej hmotnosti vesmíru. Temná hmota nevyžaruje svetlo ani rádioaktivitu, vďaka čomu je neviditeľná a pozorovateľná len vďaka svojmu gravitačnému vplyvu. Ak sa preukáže existencia axiónov, mohli by byť hojné v celom vesmíre, čo by ponúkalo ospravedlnenie pre nepolapiteľnú povahu temnej hmoty ako extrémne ľahkých a ťažko zistiteľných častíc.
Veľký tresk a axionické častice
Prvotná explózia známa ako Veľký tresk, ktorá začala formovanie vesmíru, je udalosť, ktorú skúmajú mnohé kozmologické modely a teórie. Predpokladá sa, že bezprostredne po veľkom tresku sa objavili rôzne častice a žiarenie. Ak existujú axióny, mohli byť počas tejto ranej fázy generované vo veľkom počte a zohrávali úlohu vo vývoji vesmíru.
Výskum Axion je dôležitý nielen pre temnú hmotu, ale aj pre zlepšenie nášho chápania vesmíru počas jeho formačných fáz. Keďže Veľký tresk vytvoril širokú škálu častíc, možná existencia axiónov môže poskytnúť informácie o historickej organizácii hmoty a energie.
Aké informácie máme o histórii vesmíru?
Dnes analýza elektromagnetického spektra kozmického mikrovlnného pozadia (CMB) umožnila vedcom vysledovať takmer 14 miliárd rokov do obdobia, keď sa vesmír ochladil dostatočne na to, aby sa protóny a elektróny po prvýkrát spojili viedlo k tvorbe neutrálneho vodíka.
Fotóny zistené pri pozorovaniach kozmického mikrovlnného pozadia (CMB) boli emitované 400.000 XNUMX rokov po veľkom tresku, čo sťažuje určenie histórie vesmíru pred týmto časom.
Trio britských výskumníkov však navrhlo teóriu naznačujúcu možnú existenciu častice známej ako axion, ktorá Mohlo to byť vyžarované počas prvej sekundy histórie vesmíru. Hoci táto častica zostáva hypotetická, existuje veľa dôvodov domnievať sa, že axion by mohol skutočne existovať vo vesmíre.
Čo je to vlastne axion?
Axióny sú teoretické základné častice, ktoré, aj keď sú stále hypotetické, môžu vyriešiť určité zložité otázky v rámci súčasných teórií častíc.
Prítomnosť axiónu by pomohla vyriešiť problém silnej CP symetrie, ktorá sa týka rovnováhy medzi hmotou a antihmotou. V skutočnosti môže poskytnúť prirodzené vysvetlenie pre nápadné podobnosti vo vlastnostiach hmoty a antihmoty, pri poskytovaní informácií o prevahe hmoty nad antihmotou vo vesmíre.
Axions môže poskytnúť informácie o záhadnej "temnej hmote", ktorá tvorí 23% vesmíru. Výskum naznačuje, že tieto častice predstavujú jedného z najsľubnejších kandidátov na prispievanie k neviditeľnej hmote alebo temnej hmote, ktorá sa objavila krátko po Veľkom tresku.
Axion a jeho úloha v kontexte temnej hmoty
Vzhľadom na možnosť, že tmavá hmota môže pozostávať z axiónov generovaných vo veľkých množstvách po Veľkom tresku, výskumníci usilovne pracujú na čo najskoršej identifikácii axiónovej temnej hmoty.
Článok publikovaný vo Physical Review D naznačuje, že pokrok citlivejších nástrojov zameraných na detekciu temnej hmoty môže neúmyselne viesť k objavu ďalšieho indikátora axiónov, známy ako CaB. Tento termín označuje axion, ktorý je analogický s kozmickým mikrovlnným pozadím (CMB) a nazýva sa kozmické axionové pozadie. Avšak kvôli podobnostiam vlastností medzi CaB a axiónmi tmavej hmoty existuje riziko, že signál CaB by mohol byť v experimentálnych nastaveniach vyradený ako šum.
Pre vedcov identifikácia CaB by predstavovala dvojitý objav. Nielenže by to potvrdilo existenciu axionu, ale tiež by to vedeckej komunite ponúklo novú relikviu raného vesmíru. Metóda, ktorou bol CaB generovaný, by mohla odhaliť doteraz neznáme aspekty formovania a vývoja vesmíru.
Metódy detekcie axiónu
Experimenty, ktoré vykonal CERN, boli zamerané na detekciu axiónu. Experiment navrhnutý na identifikáciu častice axiónu zahŕňa použitie rezonančných mikrovlnných dutín, ktoré sú kalibrované na hmotnosť axiónu, umiestnených v silných magnetických poliach. Táto metodika sa v súčasnosti používa v experimente ADMX na University of Washington a má potenciál odhaliť axion, v prípade, že temnú hmotu tvoria výlučne axióny.
Ďalšia metóda detekcie axiónov zahŕňa použitie helioskopov, špeciálne navrhnutých na identifikáciu axiónov generovaných v Slnku. To sa dosahuje použitím výkonného magnetu spárovaného s röntgenovými detektormi, ktoré majú výnimočne nízke pozadie. Aj keď sa doteraz nenašli žiadne dôkazy o axiónoch, experiment CAST, ktorý zahŕňa príspevky od výskumníkov z University of Zaragoza, prekonal astrofyzikálne obmedzenia a otvoril predtým nepreskúmanú oblasť na prieskum.
