Aksjon, czyli niewidzialna siła, którą naukowcy zamierzają wykryć

Aksjon jest cząstką subatomową pozbawioną zarówno spinu jak i ładunku elektrycznego. Mimo to, badacze mają pewien pomysł na jego znalezienie.

Stoją za nim przedstawiciele Durham University i Kings College London, którzy przedstawili swoją propozycję na łamach Science Advances. Ciemna materia stanowi około 85 procent materii znajdującej się we wszechświecie, ale jej dokładny skład pozostaje tajemnicą. O tym, że takowa w ogóle istnieje świadczy jej grawitacyjny wpływ na gwiazdy i galaktyki. Dalsze problemy pojawiają się natomiast, gdy w grę wchodzi identyfikacja konkretnych cząstek tworzących tę siłę.

Czytaj też: Już wiadomo, czym jest ciemna materia? Powstała zaskakująca koncepcja

Wśród potencjalnych kandydatów znajdują się oczywiście aksjony, o których istnieniu mówiło się już w 1977 roku. Zostało to zaproponowane w ramach teorii Peccei-Quinn, której celem było wyjaśnienie zachowania symetrii CP w oddziaływaniach silnych. W przytoczonej teorii aksjon jest odpowiedzialny za to, że oddziaływanie silne jest zgodne z symetrią czasowo-odwrotną. Oddziaływanie silne odnosi się do siły wiążącej kwarki w protonach i neutronach.

Aksjon może okazać się kluczowym elementem układanki związanej z ciemną materią

Autorzy nowych badań w tej sprawie postanowili zastosować matematyczne podejście i postawili te hipotetyczne cząstki w odniesieniu do fundamentalnych symetrii modelu standardowego fizyki cząstek elementarnych. Jak wyjaśniają, aksjonowa ciemna materia zachowuje się bardziej niczym pole pokrywające wszechświat niż jak pojedyncze cząstki. We wczesnym wszechświecie wartość pola aksjonowego zaczyna oscylować w tę i z powrotem, a energia zgromadzona w tych oscylacjach jest aksjonową ciemną materią.

Czytaj też: Tak wygląda wszechświat w promieniowaniu rentgenowskim. To pierwszy obraz w wykonaniu nowego teleskopu

Oczywiście potrzebna jest też metoda na wykrycie tych oddziaływań w warunkach laboratoryjnych. W teorii aksjonowa ciemna materia bardzo słabo oddziałuje ze światłem, co nie jest zaskakujące, ponieważ dotyczy to całej ciemnej materii. W praktyce oznacza to, iż foton podróżujący przez pole magnetyczne ma niewielkie szanse na przekształcenie się w aksjon. Z tego względu badacze zaangażowani w poszukiwania mogą skupić się na obrazach galaktyk rozświetlonych za sprawą pól magnetycznych. Autorzy badań zakładają, że ich dotychczasowe dokonania mogłyby pomóc w ostatecznym wykryciu ciemnej materii.