En af de største gåder for forskere og videnskabsmænd er dannelsen af universet. For nylig har Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning (CERN) bestræbt sig på at opdage en ny partikel kendt som en axion, som for første gang kan give information om begivenheder, der fandt sted i Universet blot et sekund efter Big Bang.
I denne artikel vil vi fortælle dig alt, hvad du behøver at vide om axion, partikelen, der kunne forklare Big Bang.
Axioner og mørkt stof
Aksionen, som oprindeligt blev foreslået i 1970'erne af fysikeren Roberto Peccei sammen med sin kollega Helen Quinn, er en elementær partikel, der opstår fra en teoretisk ramme beregnet til at løse et spørgsmål inden for kvantekromodynamik (QCD), teorien, der beskriver interaktionerne mellem kvarker og gluoner . Dette spørgsmål hører til "paritetsbevaringsproblemet", som indikerer, at specifikke karakteristika skal forblive uændrede af nukleare interaktioner. Introduktionen af axion tjener som en mekanisme til at genoprette denne symmetri.
Blandt de mest bemærkelsesværdige egenskaber ved axionen er dens potentielle funktion som en komponent af mørkt stof, som repræsenterer cirka 27 % af universets samlede masse. Mørkt stof udsender ikke lys eller radioaktivitet, hvilket gør det usynligt og kun observerbart gennem dets gravitationspåvirkning. Hvis aksioner bevises at eksistere, kan de være rigelige i hele universet, hvilket giver en begrundelse for mørkt stofs undvigende natur som ekstremt lette og vanskelige at opdage partikler.
Big Bang og aksioniske partikler
Den oprindelige eksplosion kendt som Big Bang, som begyndte dannelsen af universet, er en begivenhed undersøgt af adskillige kosmologiske modeller og teorier. Det menes, at der umiddelbart efter Big Bang opstod en række forskellige partikler og stråling. Hvis der eksisterer aksioner, kan de være blevet genereret i et betydeligt antal i denne tidlige fase, hvilket spiller en rolle i universets udvikling.
Axionforskning er vigtig ikke kun for mørkt stof, men også for at forbedre vores forståelse af universet i dets dannelsesstadier. Da Big Bang producerede en lang række partikler, kan den mulige eksistens af aksioner give information om den historiske organisering af stof og energi.
Hvilken information har vi om universets historie?
I dag har analyse af det elektromagnetiske spektrum af den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB) gjort det muligt for videnskabsmænd at spore næsten 14 milliarder år tilbage til det tidspunkt, hvor universet var afkølet nok til, at protoner og elektroner kunne binde sig for første gang resulterede i dannelsen af neutral brint.
De fotoner, der blev detekteret i observationerne i Cosmic Microwave Background (CMB) blev udsendt 400.000 år efter Big Bang, hvilket gør det ekstremt vanskeligt at bestemme universets historie før dette tidspunkt.
Imidlertid har en trio af britiske forskere foreslået en teori, der indikerer den mulige eksistens af en partikel kendt som en axion, som Det kunne være blevet udsendt i løbet af det første sekund af universets historie. Selvom denne partikel forbliver hypotetisk, er der mange grunde til at tro, at aksionen faktisk kunne eksistere i universet.
Hvad er en axion helt præcist?
Axioner er teoretiske fundamentale partikler, der, selvom de stadig er hypotetiske, kan løse visse komplekse spørgsmål inden for nutidige partikelteorier.
Tilstedeværelsen af aksionen ville hjælpe med at løse problemet med stærk CP-symmetri, som vedrører balancen mellem stof og antistof. Faktisk kan det give en naturlig forklaring på de slående ligheder i stofs og antistofs egenskaber, samtidig med at give information om stoffets overvægt over antistof i universet.
Axions kan give information om det mystiske "mørke stof", som udgør 23% af universet. Forskning peger på, at disse partikler repræsenterer en af de mest lovende kandidater til at bidrage til det usynlige stof, eller mørke stof, der opstod kort efter Big Bang.
Axionen og dens rolle i sammenhæng med mørkt stof
I betragtning af muligheden for, at mørkt stof kan bestå af aksioner genereret i store mængder efter Big Bang, arbejder forskere ihærdigt på at identificere aksionisk mørkt stof så hurtigt som muligt.
Et papir offentliggjort i Physical Review D antyder, at udviklingen af mere følsomme instrumenter rettet mod at detektere mørkt stof utilsigtet kan føre til opdagelsen af en anden indikator for aksioner, kendt som CaB. Dette udtryk betegner en aksion, der er analog med Cosmic Microwave Background (CMB) og kaldes Cosmic Axion Background. På grund af ligheder i egenskaber mellem CaB og mørkt stof-aksioner er der imidlertid en risiko for, at CaB-signalet kan blive afvist som støj i eksperimentelle omgivelser.
For forskere, identifikation af CaB ville repræsentere en dobbelt opdagelse. Ikke alene ville det validere eksistensen af axion, men det ville også tilbyde et nyt levn fra det tidlige univers til det videnskabelige samfund. Metoden, hvorved CaB blev genereret, kunne afsløre hidtil ukendte facetter om universets dannelse og udvikling.
Metoder til påvisning af en axion
Forsøgene udført af CERN havde til formål at detektere axionen. Et eksperiment designet til at identificere axionpartiklen involverer brugen af resonansmikrobølgehulrum, som er kalibreret til aksionens masse, placeret inden for stærke magnetiske felter. Denne metode bruges i øjeblikket i ADMX-eksperimentet ved University of Washington og har potentiale til at detektere axionen, hvis mørkt stof udelukkende består af aksioner.
En yderligere metode til at detektere aksioner involverer brugen af helioskoper, der er specielt designet til at identificere aksioner genereret i Solen. Selvom der hidtil ikke er fundet beviser for aksioner, har CAST-eksperimentet, som inkluderer bidrag fra forskere ved University of Zaragoza, overvundet astrofysiske begrænsninger og åbnet et tidligere uudforsket område for udforskning.
