Гипотетическая частица, аксион, может объяснить три важнейшие загадки физики

модель

Стандартная Модель физики элементарных частиц делает достаточно приличную работу по объяснению Вселенной, но в ней все еще есть некоторые дыры. Теперь новое исследование обрисовывает в общих чертах, как одна гипотетическая частица, аксион, может быть ответом на три отдельных, огромных тайны Вселенной — включая то, почему мы вообще здесь.

космос 2

Гипотетическая частица, называемая аксионом, может объяснить три разные физические загадки.

Если это существует, говорят, что аксион невероятно легкий — в миллиарды раз легче протона — и не имеет электрического заряда. Они должны плавать в основном везде, но редко взаимодействовать с другим веществом. Все это делает их довольно трудными для обнаружения, возможно, поэтому мы еще не нашли прямых доказательств этого.

Физики из Мичиганского университета и Института перспективных исследований предполагают, что аксион, по сути, мог спасти нашу вселенную от уничтожения в первые дни.

Аксионы отвечают на вопрос» «Куда делось недостающее количество антиматерии?»

Судя по всему, Большой взрыв должен был произвести материю и антивещество в равной мере. Проблема в том, что если когда-нибудь они встретятся, они уничтожат друг друга, выделив, при этом, огромное количество энергии. Это означает, что, если бы существовало равное количество вещества и антивещества, они должны были бы в значительной степени уничтожить друг друга практически сразу. Но вот мы живем во вселенной, наполненной регулярной материей. Куда делось «недостающее» антивещество, является одной из самых больших загадок в физике.

По словам исследователей, аксионы могут быть ответом. Ученые предполагают, что в первые дни существования Вселенной аксионное поле начало колебаться, и это движение создало больше вещества, чем антивещества. Даже если дисбаланс был бы равен одной десятимиллиардной части, то это оставило бы достаточно материи, чтобы сформировать все то, что существует вокруг нас сегодня.

Команда назвала этот механизм «аксиогенез». И асимметрия материи-антивещества — не единственная проблема, которую аксионы были предложены для решения других задач.

модель

Художественная модель того, как колебание аксионов (черный шар) в ранней вселенной могло создать больше вещества (цветных шариков), чем антивещества.

Аксионы способны отключить взаимодействие между нейтронами и электрическими полями

Впервые аксион был выдвинут гипотетически еще в 1977 году физиками Роберто Печчеи и Хеленом Куинном, чтобы закрыть определенную дыру в Стандартной модели Вселенной.  Известно, что частицы ядер атомов нейтроны — не взаимодействуют с электрическими полями — но, по всему раскладу, должны. Это потому, что они состоят из более мелких частиц, называемых кварками, которые заряжены и взаимодействуют с электрическими полями. Вопрос о том, почему нейтроны не взаимодействуют с электрическими полями, известен как (чрезвычайно сокращенная версия) проблемы, известные как нарушение CP-инвариантности. 

Считается, что аксионы способны отключить это взаимодействие между нейтронами и электрическими полями, эффективно решая проблему. Но это не все. Спустя несколько лет ученые поняли, что аксионы также являются удобным объяснением темной материи.

Аксионы объясняют существование темной материи

Десятилетия астрономических наблюдений неоднократно показывали, что во Вселенной больше массы, чем то, что мы можем наблюдать. Кластеры Галактики не смогут удержаться вместе под действием силы тяжести видимой массы и расчеты показывают, что до 85 процентов вещества не учтены. Эта невидимая масса называется темной материей.

Что именно является темной материей, обсуждалось в течение десятилетий, и было выдвинуто много различных частиц-кандидатов. И один из главных претендентов, который продолжает расти, — это аксион. Соберите их вместе во всепроникающем поле, и их дополнительная масса могла бы объяснить странные гравитационные эффекты, приписываемые темной материи.

Если аксионы когда-либо будут найдены, они могут оказаться более ценными чем мы предполагаем

Физики годами искали свидетельства аксионов, используя экспериментальные установки, которые ищут их редкие взаимодействия с нейтронами или наличие признаков электромагнетизма. Слишком далеко: никаких признаков этих взаимодействий пока не обнаружили и это сужает диапазон масс, которые они потенциально могут иметь.

И если они когда-либо аксионы будут найдены, похоже, что они могут стать более ценными, чем мы думаем сейчас. Мало того, что мы нашли бы темную материю, но мы могли бы решить проблему СР и асимметрию вещества и антивещества одним махом.

«Универсальность аксиона в решении загадок фундаментальной физики действительно удивительна», — говорит Раймонд Ко, автор исследования. «Мы в восторге от неисследованных теоретических возможностей, которые может принести этот новый аспект аксиона. Что ещё важнее, эксперименты могут скоро сказать нам, действительно ли тайны природы намекают на аксион».

Исследование должно быть опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Источники: Мичиганский университет, Институт перспективных исследований

(Visited 1 times, 1 visits today)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *