Trovare l'ipotetico assione della particella potrebbe significare scoprire per la prima volta cosa è successo nell'Universo un secondo dopo il Big Bang, suggerisce un nuovo studio pubblicato su Revisione fisica D.
Quanto lontano nel passato dell'Universo possiamo guardare oggi? Nello spettro elettromagnetico, le osservazioni del Fondo cosmico a microonde, comunemente indicato come CMB, ci consentono di vedere indietro di quasi 14 miliardi di anni a quando l'Universo si raffreddò a sufficienza da consentire a protoni ed elettroni di combinarsi e formare idrogeno neutro. La CMB ci ha insegnato una quantità eccessiva sull'evoluzione del cosmo, ma i fotoni nella CMB sono stati rilasciati 400,000 anni dopo il Big Bang, rendendo estremamente difficile conoscere la storia dell'universo prima di questa epoca.
Ad aprire una nuova finestra, un trio di ricercatori teorici, tra cui il ricercatore principale del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), University of California, Berkeley, MacAdams Professor of Physics e lo scienziato senior della facoltà del Lawrence Berkeley National Laboratory Hitoshi Murayama , il ricercatore di fisica del Lawrence Berkeley National Laboratory e l'Università della California, Berkeley, il borsista post-dottorato Jeff Dror (ora all'Università della California, Santa Cruz) e il ricercatore dell'UC Berkeley Miller Nicholas Rodd, hanno guardato oltre i fotoni e nel regno delle ipotetiche particelle conosciute come assioni, che potrebbero essere state emesse nel primo secondo della storia dell'Universo.
Nel loro articolo, suggeriscono la possibilità di cercare un analogo dell'assione del CMB, un cosiddetto Sfondo dell'assione cosmico o CaB.
Sebbene ipotetici, ci sono molte ragioni per sospettare che l'assione possa esistere nel nostro Universo.
Per uno, gli assioni sono una previsione generica della teoria delle stringhe, una delle migliori speranze odierne per una teoria della gravità quantistica. L'esistenza di un asione potrebbe aiutare ulteriormente a risolvere l'enigma di lunga data del perché non abbiamo ancora misurato un momento di dipolo elettrico per il neutrone, un problema più formalmente noto come "problema CP forte". Più recentemente, l'assione è diventato un candidato promettente per la materia oscura e, di conseguenza, i ricercatori stanno rapidamente cercando l'assione per la materia oscura.
Nel loro articolo, i ricercatori sottolineano che man mano che gli sperimentatori sviluppano strumenti più sensibili a Ricerca per la materia oscura, possono imbattersi in un altro segno di assioni nella forma del CaB. Ma poiché il CaB condivide proprietà simili con gli assioni della materia oscura, c'è il rischio che gli esperimenti emettano il segnale CaB come rumore.
Trovare il CaB in uno di questi strumenti sarebbe una doppia scoperta. Non solo confermerebbe l'esistenza dell'assione, ma i ricercatori di tutto il mondo avrebbero immediatamente un nuovo fossile dell'Universo primordiale. A seconda di come è stato prodotto il CaB, i ricercatori hanno potuto conoscere vari aspetti dell'evoluzione dell'Universo mai possibili prima (Figura).
"Quello che abbiamo proposto è che, cambiando il modo in cui gli esperimenti attuali analizzano i dati, potremmo essere in grado di cercare gli assioni rimanenti dall'universo primordiale. Quindi, potremmo essere in grado di conoscere l'origine della materia oscura, la transizione di fase o l'inflazione all'inizio dell'Universo. Ci sono già gruppi sperimentali che hanno mostrato interesse per la nostra proposta e spero che possiamo scoprire qualcosa di nuovo sull'Universo primordiale che non era noto prima", afferma Murayama.
“L'evoluzione dell'universo può produrre assioni con una caratteristica distribuzione di energia. Rilevando la densità di energia dell'universo attualmente costituito da assioni, esperimenti come MADMAX, HAYSTAC, ADMX e DMRadio potrebbero darci risposte ad alcuni dei più importanti enigmi della cosmologia, come ad esempio "Quanto è diventato caldo il nostro universo? ', 'Che cos'è la natura della materia oscura?', 'Il nostro universo ha subito un periodo di rapida espansione noto come inflazione?' e 'C'è mai stata una transizione di fase cosmica?'”, afferma Dror.
Il nuovo studio fornisce motivi per essere entusiasti del programma axion sulla materia oscura. Anche se la materia oscura non è fatta di assioni, questi strumenti possono fornire un'immagine dell'Universo quando aveva meno di un secondo.
Questo studio è stato accettato come un "Suggerimento dell'editore" nella rivista Revisione fisica D.
Riferimento: "Cosmic axion background" di Jeff A. Dror, Hitoshi Murayama e Nicholas L. Rodd, 7 giugno 2021, Revisione fisica D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.103.115004
