Една от най-големите енигми за изследователите и учените е формирането на Вселената. Наскоро Европейската организация за ядрени изследвания (CERN) се стреми да открие нова частица, известна като аксион, която за първи път може да предостави информация за събития, настъпили във Вселената само една секунда след Големия взрив.
В тази статия ще ви кажем всичко, което трябва да знаете за аксион, частицата, която може да обясни Големия взрив.
Аксиони и тъмна материя
Първоначално предложен през 1970-те години на миналия век от физика Роберто Печеи заедно с колегата му Хелън Куин, аксионът е елементарна частица, която възниква от теоретична рамка, предназначена да отговори на въпрос в рамките на квантовата хромодинамика (КХД), теорията, която описва взаимодействията между кварки и глуони . Този въпрос принадлежи към „проблема за запазване на паритета“, който показва, че специфичните характеристики трябва да останат непроменени от ядрените взаимодействия. Въвеждането на аксиона служи като механизъм за възстановяване на тази симетрия.
Сред най-забележителните характеристики на аксиона е неговата потенциална функция като компонент на тъмна материя, която представлява приблизително 27% от общата маса на Вселената. Тъмната материя не излъчва светлина или радиоактивност, което я прави невидима и видима само чрез гравитационното си влияние. Ако се докаже, че съществуват аксиони, те биха могли да бъдат изобилни във Вселената, предлагайки оправдание за неуловимата природа на тъмната материя като изключително леки и трудни за откриване частици.
Големият взрив и аксионните частици
Първичният взрив, известен като Големия взрив, с който започна формирането на Вселената, е събитие, изследвано от множество космологични модели и теории. Смята се, че веднага след Големия взрив са се появили различни частици и радиация. Ако аксионите съществуват, те може да са били генерирани в значителни количества по време на тази ранна фаза, играейки роля в еволюцията на Вселената.
Изследването на Axion е важно не само за тъмната материя, но и за подобряване на разбирането ни за Вселената по време на нейните етапи на формиране. Тъй като Големият взрив е произвел голямо разнообразие от частици, възможното съществуване на аксиони може да предостави информация за историческата организация на материята и енергията.
Каква информация имаме за историята на Вселената?
Днес анализът на електромагнитния спектър на космическия микровълнов фон (CMB) позволи на учените да проследят почти 14 милиарда години назад до времето, когато Вселената се е охладила достатъчно, за да се свържат протони и електрони за първи път доведе до образуването на неутрален водород.
Фотоните, открити при наблюденията на космическия микровълнов фон (CMB), са излъчени 400.000 XNUMX години след Големия взрив, което прави изключително трудно да се определи историята на Вселената преди това време.
Трио британски изследователи обаче предложиха теория, показваща възможното съществуване на частица, известна като аксион, която Може да е бил излъчен през първата секунда от историята на Вселената. Въпреки че тази частица остава хипотетична, има много причини да се смята, че аксионът може действително да съществува във Вселената.
Какво точно е аксион?
Аксионите са теоретични фундаментални частици, които, макар и все още хипотетични, могат да разрешат определени сложни въпроси в рамките на съвременните теории за частиците.
Наличието на аксиона би помогнало да се реши проблемът със силната CP симетрия, която се отнася до баланса между материя и антиматерия. Всъщност това може да даде естествено обяснение за поразителните прилики в свойствата на материята и антиматерията, като същевременно предлага информация за преобладаването на материята над антиматерията във Вселената.
Аксионите могат да предоставят информация за мистериозната "тъмна материя", която съставлява 23% от Вселената. Изследванията показват, че тези частици представляват един от най-обещаващите кандидати за принос към невидимата материя или тъмната материя, която се появи малко след Големия взрив.
Аксионът и неговата роля в контекста на тъмната материя
Имайки предвид възможността тъмната материя да се състои от аксиони, генерирани в големи количества след Големия взрив, изследователите работят усърдно, за да идентифицират аксионната тъмна материя възможно най-скоро.
Документ, публикуван във Physical Review D, предполага, че напредъкът на по-чувствителните инструменти, насочени към откриване на тъмна материя, може неволно да доведе до откриването на друг индикатор за аксиони, известен като CaB. Този термин обозначава аксион, който е аналогичен на космическия микровълнов фон (CMB) и се нарича фон на космическия аксион. Въпреки това, поради приликите в свойствата между CaB и аксионите на тъмната материя, съществува риск сигналът CaB да бъде отхвърлен като шум в експериментални настройки.
За учените, идентифицирането на CaB би представлявало двойно откритие. Не само ще потвърди съществуването на аксиона, но и ще предложи нова реликва от ранната Вселена на научната общност. Методът, по който е генериран CaB, може да разкрие неизвестни досега аспекти на формирането и еволюцията на Вселената.
Методи за откриване на аксион
Експериментите, проведени от CERN, бяха насочени към откриване на аксиона. Експеримент, предназначен да идентифицира частицата аксион, включва използването на резонансни микровълнови кухини, които са калибрирани за масата на аксиона, поставени в силни магнитни полета. Тази методология в момента се използва в експеримента ADMX във Вашингтонския университет и има потенциала да открие аксиона, в случай че тъмната материя е изградена изцяло от аксиони.
Допълнителен метод за откриване на аксиони включва използването на хелиоскопи, специално предназначени за идентифициране на аксиони, генерирани в Слънцето. Това се постига чрез използване на мощен магнит, съчетан с рентгенови детектори, които имат изключително нисък фон. Въпреки че до момента не са открити доказателства за аксиони, експериментът CAST, който включва принос на изследователи от университета в Сарагоса, е преодолял астрофизичните ограничения и е отворил неизследван преди това регион за изследване.