Om die hipotetiese deeltjie-akssie te vind, kan beteken om vir die eerste keer uit te vind wat in die heelal gebeur het 'n sekonde na die Oerknal, dui op 'n nuwe studie gepubliseer in Fisiese oorsig D.
Hoe ver terug in die Heelal se verlede kan ons vandag kyk? In die elektromagnetiese spektrum laat waarnemings van die Kosmiese Mikrogolf-agtergrond - wat algemeen na verwys word as die CMB - ons toe om byna 14 biljoen jaar terug te sien tot toe die Heelal genoeg afgekoel het vir protone en elektrone om te kombineer en neutrale waterstof te vorm. Die CMB het ons 'n buitensporige hoeveelheid geleer oor die evolusie van die kosmos, maar fotone in die CMB is vrygestel 400,000 XNUMX jaar na die Oerknal, wat dit uiters uitdagend maak om oor die geskiedenis van die heelal voor hierdie epog te leer.
Om 'n nuwe venster oop te maak, 'n trio van teoretiese navorsers, insluitend Kavli Instituut vir die Fisika en Wiskunde van die Heelal (Kavli IPMU) Hoofondersoeker, Universiteit van Kalifornië, Berkeley, MacAdams Professor in Fisika en Lawrence Berkeley Nasionale Laboratorium senior fakulteit wetenskaplike Hitoshi Murayama , Lawrence Berkeley Nasionale Laboratorium-fisikanavorser en Universiteit van Kalifornië, Berkeley, nadoktorale genoot Jeff Dror (nou aan die Universiteit van Kalifornië, Santa Cruz), en UC Berkeley Miller Navorsingsgenoot Nicholas Rodd, het verby fotone gekyk en na die ryk van hipotetiese deeltjies wat bekend is as aksions, wat moontlik in die eerste sekonde van die Heelal se geskiedenis vrygestel is.
In hul referaat stel hulle die moontlikheid voor om te soek na 'n aksion-analoog van die CMB, 'n sogenaamde Cosmic axion Background of CaB.
Alhoewel dit hipoteties is, is daar baie redes om te vermoed dat die aksion in ons heelal kan bestaan.
Vir een is aksions 'n generiese voorspelling van snaarteorie, een van vandag se beste hoop vir 'n teorie van kwantumswaartekrag. Die bestaan van 'n aksion kan verder help om die langdurige raaisel op te los van hoekom ons nog nie 'n elektriese dipoolmoment vir die neutron meet nie, 'n kwessie wat meer formeel bekend staan as die "Sterk CP-probleem." Meer onlangs het die aksion 'n belowende kandidaat vir donker materie geword, en gevolglik soek navorsers vinnig na aksion-donkermaterie.
In hul referaat wys die navorsers daarop dat as eksperimentele meer sensitiewe instrumente ontwikkel om Soek vir donker materie kan hulle op 'n ander teken van aksions in die vorm van die CaB struikel. Maar omdat die CaB soortgelyke eienskappe met donker-materie-aksions deel, is daar 'n risiko dat die eksperimente die CaB-sein as geraas sal uitgooi.
Om die CaB by een van hierdie instrumente te vind, sou 'n dubbele ontdekking wees. Nie net sou dit die bestaan van die aksion bevestig nie, maar navorsers wêreldwyd sou onmiddellik 'n nuwe fossiel uit die vroeë Heelal hê. Afhangende van hoe die CaB vervaardig is, kon navorsers leer oor verskeie verskillende aspekte van die heelal se evolusie wat nooit voorheen moontlik was nie (Figuur).
“Wat ons voorgestel het, is dat, deur die manier waarop huidige eksperimente data ontleed, te verander, ons dalk in staat sal wees om na oorblywende aksions van die vroeë heelal te soek. Dan kan ons dalk leer oor die oorsprong van donker materie, fase-oorgang of inflasie aan die begin van die Heelal. Daar is reeds eksperimentele groepe wat belangstelling in ons voorstel getoon het, en ek hoop ons kan iets nuuts oor die vroeë Heelal uitvind wat nie voorheen bekend was nie,” sê Murayama.
“Die evolusie van die heelal kan aksions met 'n kenmerkende energieverspreiding produseer. Deur die energiedigtheid van die heelal wat tans uit aksions bestaan, op te spoor, kan eksperimente soos MADMAX, HAYSTAC, ADMX en DMRadio ons antwoorde gee op sommige van die belangrikste raaisels in kosmologie, soos: 'Hoe warm het ons heelal geword? ', 'Wat is die aard van donker materie?', 'Het ons heelal 'n tydperk van vinnige uitbreiding ondergaan, bekend as inflasie?', en 'Was daar ooit 'n kosmiese fase-oorgang?',” sê Dror.
Die nuwe studie bied rede om opgewonde te wees oor die axion-donkermaterie-program. Selfs al is donker materie nie van aksions gemaak nie, kan hierdie instrumente 'n beeld verskaf van die Heelal toe dit minder as 'n sekonde oud was.
Hierdie studie is as 'n "Redakteursvoorstel" in die joernaal aanvaar Fisiese oorsig D.
Verwysing: “Cosmic axion background” deur Jeff A. Dror, Hitoshi Murayama en Nicholas L. Rodd, 7 Junie 2021, Fisiese oorsig D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.103.115004
