Nalezení hypotetického axionu částice by mohlo znamenat poprvé zjistit, co se stalo ve vesmíru sekundu po velkém třesku, naznačuje nová studie zveřejněná v roce Fyzická kontrola D.
Jak daleko do minulosti Vesmíru se dnes můžeme podívat? V elektromagnetickém spektru nám pozorování kosmického mikrovlnného pozadí – běžně označovaného jako CMB – umožňují nahlédnout téměř 14 miliard let zpět do doby, kdy se vesmír dostatečně ochladil, aby se protony a elektrony spojily a vytvořily neutrální vodík. CMB nás naučila neúměrně mnoho o vývoji vesmíru, ale fotony v CMB byly uvolněny 400,000 XNUMX let po Velkém třesku, takže je extrémně náročné dozvědět se o historii vesmíru před touto epochou.
Nové okno otevřelo trio teoretických výzkumníků, včetně Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), hlavního výzkumníka, University of California, Berkeley, profesora fyziky MacAdamse a vedoucího vědeckého pracovníka Lawrence Berkeley National Laboratory Hitoshi Murayamy , výzkumník fyziky Lawrence Berkeley National Laboratory a University of California, Berkeley, postdoktorand Jeff Dror (nyní na University of California, Santa Cruz) a UC Berkeley Miller Research Fellow Nicholas Rodd se podívali za fotony a do říše známých hypotetických částic. jako axiony, které mohly být emitovány v první sekundě historie vesmíru.
Ve svém příspěvku navrhují možnost hledání axionového analogu CMB, tzv. Cosmic axion Background neboli CaB.
I když je to hypotetické, existuje mnoho důvodů k podezření, že by axion mohl existovat v našem vesmíru.
Za prvé, axiony jsou obecnou předpovědí teorie strun, jednou z dnešních největších nadějí na teorii kvantové gravitace. Existence axionu by mohla dále pomoci vyřešit dlouhodobou hádanku, proč ještě musíme změřit elektrický dipólový moment pro neutron, což je problém, který je formálněji známý jako „Problém silného CP“. V poslední době se axion stal slibným kandidátem na temnou hmotu a v důsledku toho výzkumníci rychle hledají temnou hmotu axion.
Ve svém článku vědci poukazují na to, že jak experimentátoři vyvíjejí citlivější nástroje hledat u temné hmoty mohou narazit na další známku axionů ve formě CaB. Ale protože CaB sdílí podobné vlastnosti s axiony temné hmoty, existuje riziko, že experimenty vyhodí signál CaB ven jako šum.
Nalezení CaB na jednom z těchto přístrojů by bylo dvojí objev. Nejen, že by to potvrdilo existenci axionu, ale výzkumníci po celém světě by okamžitě měli novou fosilii z raného vesmíru. V závislosti na tom, jak byl CaB vyroben, se výzkumníci mohli dozvědět o různých aspektech evoluce vesmíru, která nebyla dosud možná (obrázek).
„Navrhli jsme, že změnou způsobu, jakým současné experimenty analyzují data, můžeme být schopni hledat zbylé axiony z raného vesmíru. Pak bychom se mohli dozvědět o původu temné hmoty, fázových přechodech nebo inflaci na počátku vesmíru. Již existují experimentální skupiny, které projevily zájem o náš návrh, a já doufám, že se nám podaří zjistit o raném vesmíru něco nového, co nebylo dosud známé,“ říká Murayama.
„Vývoj vesmíru může produkovat axiony s charakteristickým rozložením energie. Detekcí hustoty energie vesmíru, který se v současnosti skládá z axionů, nám experimenty jako MADMAX, HAYSTAC, ADMX a DMRadio mohly dát odpovědi na některé z nejdůležitějších hádanek v kosmologii, jako například: „Jak se náš vesmír oteplil? ', 'Jaká je povaha temné hmoty?', 'Prošel náš vesmír obdobím rychlé expanze známé jako inflace?' a 'Došlo někdy k přechodu kosmické fáze?',“ říká Dror.
Nová studie poskytuje důvod k nadšení z programu temné hmoty axion. I když temná hmota není tvořena axiony, tyto nástroje mohou poskytnout obraz vesmíru, když byl méně než sekundu starý.
Tato studie byla v časopise přijata jako „Návrh editorů“. Fyzická kontrola D.
Reference: “Cosmic axion background” od Jeffa A. Drora, Hitoshi Murayamy a Nicholase L. Rodda, 7. června 2021, Fyzická kontrola D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.103.115004
