Одной из самых больших загадок для исследователей и учёных является формирование Вселенной. Недавно Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН) стремилась открыть новую частицу, известную как аксион, которая может впервые предоставить информацию о событиях, произошедших во Вселенной всего через секунду после Большого взрыва.
В этой статье мы расскажем вам все, что вам нужно знать о Аксион — частица, которая могла бы объяснить Большой взрыв..
Аксионы и темная материя
Первоначально предложенный в 1970-х годах физиком Роберто Печчеи вместе со своей коллегой Хелен Куинн, аксион представляет собой элементарную частицу, возникшую из теоретической основы, предназначенной для решения вопросов квантовой хромодинамики (КХД), теории, описывающей взаимодействия между кварками и глюонами. . Этот вопрос относится к «проблеме сохранения четности», которая указывает на то, что конкретные характеристики должны оставаться неизменными в результате ядерных взаимодействий. Введение аксиона служит механизмом восстановления этой симметрии.
Среди наиболее примечательных характеристик аксиона — его потенциальная функция как компонента темная материя, составляющая примерно 27% общей массы Вселенной.. Темная материя не излучает свет и радиоактивность, что делает ее невидимой и наблюдаемой только благодаря ее гравитационному влиянию. Если будет доказано существование аксионов, их может быть много по всей Вселенной, что станет оправданием неуловимой природы темной материи как чрезвычайно легких и труднообнаружимых частиц.
Большой взрыв и аксионные частицы
Первичный взрыв, известный как Большой взрыв, положивший начало образованию Вселенной, — это событие, изучаемое многочисленными космологическими моделями и теориями. Считается, что сразу после Большого взрыва возникли разнообразные частицы и излучение. Если аксионы существуют, они могли быть созданы в значительном количестве на этой ранней стадии, играя роль в эволюции Вселенной.
Аксионные исследования важны не только для темной материи, но и для улучшения нашего понимания Вселенной на этапах ее формирования.. Поскольку Большой Взрыв произвел большое разнообразие частиц, возможное существование аксионов может предоставить информацию об исторической организации материи и энергии.
Какой информацией мы располагаем об истории Вселенной?
Сегодня анализ электромагнитного спектра космического микроволнового фона (CMB) позволил ученым проследить почти 14 миллиардов лет назад до того момента, когда Вселенная достаточно остыла для того, чтобы впервые соединились протоны и электроны. привело к образованию нейтрального водорода.
Фотоны, обнаруженные в ходе наблюдений космического микроволнового фона (CMB), были испущены через 400.000 XNUMX лет после Большого взрыва, что чрезвычайно затрудняет определение истории Вселенной до этого времени.
Однако трио британских исследователей предложили теорию, указывающую на возможное существование частицы, известной как аксион. Он мог быть испущен в первую секунду истории Вселенной. Хотя эта частица остается гипотетической, существует множество причин полагать, что аксион действительно может существовать во Вселенной.
Что такое аксион?
Аксионы — это теоретические фундаментальные частицы, которые, хотя и являются гипотетическими, могут решить некоторые сложные вопросы в рамках современных теорий частиц.
Наличие аксиона помогло бы решить проблему сильной CP-симметрии, которая относится к балансу между материей и антиматерией. Фактически, это может дать естественное объяснение поразительному сходству свойств материи и антиматерии. предлагая информацию о преобладании материи над антиматерией во Вселенной.
Аксионы могут предоставить информацию о загадочной «темной материи». составляет 23% Вселенной. Исследования показывают, что эти частицы представляют собой одного из наиболее многообещающих кандидатов на участие в невидимой материи, или темной материи, которая возникла вскоре после Большого взрыва.
Аксион и его роль в контексте темной материи
Учитывая возможность того, что темная материя может состоять из аксионов, образовавшихся в больших количествах после Большого взрыва, исследователи усердно работают над тем, чтобы как можно скорее идентифицировать аксионную темную материю.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review D, предполагается, что развитие более чувствительных инструментов, направленных на обнаружение темной материи, может непреднамеренно привести к открытию еще одного индикатора аксионов, известный как CaB. Этот термин обозначает аксион, который аналогичен космическому микроволновому фону (CMB) и называется космическим аксионным фоном. Однако из-за сходства свойств аксионов CaB и темной материи существует риск того, что сигнал CaB может быть принят за шум в экспериментальных условиях.
Для ученых, идентификация CaB будет представлять собой двойное открытие. Это не только подтвердит существование аксиона, но и предложит научному сообществу новую реликвию ранней Вселенной. Метод, с помощью которого был создан CaB, мог бы раскрыть до сих пор неизвестные аспекты формирования и эволюции Вселенной.
Методы обнаружения аксиона
Эксперименты, проведенные ЦЕРН, были направлены на обнаружение аксиона. Эксперимент, предназначенный для идентификации аксионной частицы, включает использование резонансных микроволновых резонаторов, откалиброванных по массе аксиона, помещенных в сильные магнитные поля. Эта методология в настоящее время используется в эксперименте ADMX в Вашингтонском университете. имеет потенциал для обнаружения аксиона, если темная материя полностью состоит из аксионов.
Дополнительный метод обнаружения аксионов включает использование гелиоскопов, специально разработанных для идентификации аксионов, генерируемых на Солнце. Это достигается за счет использования мощного магнита в сочетании с детекторами рентгеновского излучения с исключительно низким фоном. Хотя на сегодняшний день никаких доказательств существования аксионов обнаружено не было, эксперимент CAST, в котором участвуют исследователи из Университета Сарагосы, преодолел астрофизические ограничения и открыл ранее неизведанную область для исследования.