Kupata axion ya chembe dhahania kunaweza kumaanisha kujua kwa mara ya kwanza kile kilichotokea katika Ulimwengu sekunde moja baada ya Big Bang, unapendekeza utafiti mpya uliochapishwa katika Mapitio ya Kimwili D.
Je, tunaweza kutazama nyuma kiasi gani katika siku za nyuma za Ulimwengu leo? Katika wigo wa sumakuumeme, uchunguzi wa Usuli wa Microwave ya Cosmic - inayojulikana kama CMB - huturuhusu kuona nyuma karibu miaka bilioni 14 hadi wakati Ulimwengu ulipopoa vya kutosha kwa protoni na elektroni kuchanganyika na kuunda hidrojeni isiyo na upande. CMB imetufundisha kiasi cha kupita kiasi kuhusu mageuzi ya ulimwengu, lakini fotoni katika CMB zilitolewa miaka 400,000 baada ya Mlipuko Mkubwa na kuifanya iwe changamoto kubwa kujifunza kuhusu historia ya ulimwengu kabla ya enzi hii.
Ili kufungua dirisha jipya, watafiti watatu wa kinadharia, ikiwa ni pamoja na Taasisi ya Kavli ya Fizikia na Hisabati ya Ulimwengu (Kavli IPMU) Mpelelezi Mkuu, Chuo Kikuu cha California, Berkeley, Profesa wa Fizikia wa MacAdams na mwanasayansi mkuu wa kitivo cha Maabara ya Lawrence Berkeley Hitoshi Murayama. , Lawrence Berkeley mtafiti wa fizikia wa Maabara ya Kitaifa na Chuo Kikuu cha California, Berkeley, Jeff Dror (sasa katika Chuo Kikuu cha California, Santa Cruz), na Mtafiti Mwenza wa UC Berkeley Miller Nicholas Rodd, waliangalia zaidi ya fotoni, na katika nyanja ya chembe dhahania zinazojulikana. kama axions, ambayo inaweza kuwa ilitolewa katika sekunde ya kwanza ya historia ya Ulimwengu.
Katika karatasi yao, wanapendekeza uwezekano wa kutafuta analog ya axion ya CMB, kinachojulikana kama Cosmic axion Background au CaB.
Ingawa ni dhahania, kuna sababu nyingi za kushuku kwamba axion inaweza kuwepo katika Ulimwengu wetu.
Kwa moja, axions ni utabiri wa jumla wa nadharia ya kamba, mojawapo ya matumaini bora ya leo ya nadharia ya mvuto wa quantum. Kuwepo kwa axion kunaweza kusaidia zaidi kutatua fumbo la muda mrefu la kwa nini bado hatujapima muda wa umeme wa neutroni, suala linalojulikana rasmi kama "Tatizo Imara la CP." Hivi majuzi, axion imekuwa mgombea anayeahidi kwa jambo la giza, na kwa hivyo watafiti wanatafuta haraka axion-matter.
Katika karatasi yao, watafiti wanaonyesha kuwa kama wanajaribio hutengeneza vyombo nyeti zaidi search kwa jambo la giza, wanaweza kujikwaa kwenye ishara nyingine ya axions kwa namna ya CaB. Lakini kwa sababu CaB inashiriki mali sawa na mihimili ya giza-matter, kuna hatari kwamba majaribio yanaweza kutupa ishara ya CaB kama kelele.
Kupata CaB kwenye mojawapo ya vyombo hivi itakuwa ugunduzi maradufu. Sio tu kwamba ingethibitisha kuwepo kwa axion, lakini watafiti duniani kote wangekuwa na fossil mpya kutoka kwa Ulimwengu wa mapema. Kulingana na jinsi CaB ilivyotengenezwa, watafiti wangeweza kujifunza kuhusu vipengele mbalimbali tofauti vya mageuzi ya Ulimwengu ambavyo havijawezekana hapo awali (Kielelezo).
"Tulichopendekeza ni kwamba, kwa kubadilisha jinsi majaribio ya sasa ya kuchambua data, tunaweza kutafuta axions zilizobaki kutoka kwa ulimwengu wa mapema. Kisha, tunaweza kujifunza kuhusu asili ya mada nyeusi, mabadiliko ya awamu au mfumuko wa bei mwanzoni mwa Ulimwengu. Tayari kuna vikundi vya majaribio ambavyo vimeonyesha kupendezwa na pendekezo letu, na ninatumai tunaweza kupata kitu kipya kuhusu Ulimwengu wa mapema ambacho hakikujulikana hapo awali,” anasema Murayama.
"Mageuzi ya ulimwengu yanaweza kutoa axions na usambazaji wa nishati. Kwa kugundua msongamano wa nishati ya ulimwengu unaoundwa na axion kwa sasa, majaribio kama vile MADMAX, HAYSTAC, ADMX, na DMRadio yanaweza kutupa majibu kwa baadhi ya mafumbo muhimu zaidi katika kosmolojia, kama vile, 'Ulimwengu wetu ulipata joto kiasi gani? ', 'Asili ya vitu vyenye giza ni nini?', 'Je, ulimwengu wetu ulipitia kipindi cha kupanuka kwa kasi kinachojulikana kama mfumuko wa bei?', na 'Je, kumewahi kuwa na mpito wa awamu ya ulimwengu?',” asema Dror.
Utafiti huo mpya unatoa sababu ya kufurahishwa na mpango wa axion dark-matter. Hata kama jambo la giza halijatengenezwa na axion, vyombo hivi vinaweza kutoa taswira ya Ulimwengu wakati ulikuwa chini ya sekunde moja.
Utafiti huu ulikubaliwa kama "Pendekezo la Wahariri" katika jarida Mapitio ya Kimwili D.
Marejeleo: "Asili ya axion ya ulimwengu" na Jeff A. Dror, Hitoshi Murayama na Nicholas L. Rodd, 7 Juni 2021, Mapitio ya Kimwili D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.103.115004
