La variazione della forma del CaB in funzione dell'energia e della densità può essere osservata per quattro diversi scenari per la sua produzione. Trovare uno di questi aiuterebbe a rispondere alle domande fondamentali elencate. Credito:Dror et al.
Trovare l'ipotetico assone particellare potrebbe significare scoprire per la prima volta cosa è successo nell'Universo un secondo dopo il Big Bang, suggerisce un nuovo studio pubblicato in Revisione fisica D il 7 giugno.
Quanto lontano nel passato dell'Universo possiamo guardare oggi? Nello spettro elettromagnetico, le osservazioni dello sfondo cosmico a microonde, comunemente indicato come CMB, ci consentono di vedere indietro di quasi 14 miliardi di anni a quando l'Universo si è raffreddato a sufficienza da consentire a protoni ed elettroni di combinarsi e formare idrogeno neutro. La CMB ci ha insegnato una quantità eccessiva sull'evoluzione del cosmo, ma i fotoni nel CMB sono stati rilasciati 400, 000 anni dopo il Big Bang, rendendo estremamente difficile conoscere la storia dell'universo prima di questa epoca.
Per aprire una nuova finestra, un trio di ricercatori teorici, tra cui Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Principal Investigator, Università della California, Berkeley, Professore di fisica MacAdams e scienziato senior della facoltà del Lawrence Berkeley National Laboratory, Hitoshi Murayama, Ricercatore di fisica del Lawrence Berkeley National Laboratory e Università della California, Berkeley, borsista post-dottorato Jeff Dror (ora presso l'Università della California, Santa Cruz), e Nicholas Rodd, ricercatore della UC Berkeley Miller, guardato oltre i fotoni, e nel regno delle particelle ipotetiche note come assioni, che potrebbe essere stato emesso nel primo secondo della storia dell'Universo.
Nella loro carta, suggeriscono la possibilità di cercare un analogo assionico del CMB, un cosiddetto Asione Cosmico Background o CaB.
Mentre ipotetico, ci sono molte ragioni per sospettare che l'assione possa esistere nel nostro Universo.
Per uno, gli assioni sono una previsione generica della teoria delle stringhe, una delle migliori speranze odierne per una teoria della gravità quantistica. L'esistenza di un assone potrebbe ulteriormente aiutare a risolvere il vecchio enigma del perché dobbiamo ancora misurare un momento di dipolo elettrico per il neutrone, un problema più formalmente noto come "Problema CP forte". Più recentemente, l'assione è diventato un candidato promettente per la materia oscura, e di conseguenza i ricercatori stanno rapidamente cercando la materia oscura degli assioni.
Nella loro carta, i ricercatori sottolineano che mentre gli sperimentali sviluppano strumenti più sensibili per cercare la materia oscura, possono imbattersi in un altro segno di assioni sotto forma di CaB. Ma poiché il CaB condivide proprietà simili con gli assioni della materia oscura, c'è il rischio che gli esperimenti emettano il segnale CaB come rumore.
Trovare il CaB in uno di questi strumenti sarebbe una doppia scoperta. Non solo confermerebbe l'esistenza dell'assone, ma i ricercatori di tutto il mondo avrebbero immediatamente un nuovo fossile dall'Universo primordiale. A seconda di come è stato prodotto il CaB, i ricercatori hanno potuto conoscere vari aspetti dell'evoluzione dell'Universo mai possibili prima (Figura).
"Quello che abbiamo proposto è che, cambiando il modo in cui gli esperimenti attuali analizzano i dati, potremmo essere in grado di cercare gli assioni rimasti dall'universo primordiale. Quindi, potremmo essere in grado di conoscere l'origine della materia oscura, transizione di fase o inflazione all'inizio dell'Universo. Ci sono già gruppi sperimentali che hanno mostrato interesse per la nostra proposta, e spero che possiamo scoprire qualcosa di nuovo sull'Universo primordiale che non era conosciuto prima, "dice Murayama.
"L'evoluzione dell'universo può produrre assioni con una distribuzione energetica caratteristica. Rilevando la densità energetica dell'universo attualmente costituito da assioni, esperimenti come MADMAX, HAYSTAC, ADMX, e DMRadio potrebbe darci risposte ad alcuni degli enigmi più importanti della cosmologia, come, "Quanto è diventato caldo il nostro universo? Qual è la natura della materia oscura? Il nostro universo ha subito un periodo di rapida espansione noto come inflazione? C'è mai stata una transizione di fase cosmica?" dice Dror.
Il nuovo studio fornisce motivo di essere entusiasti del programma axion per la materia oscura. Anche se la materia oscura non è fatta di assioni, questi strumenti possono fornire un'immagine dell'Universo quando aveva meno di un secondo.
Questo studio è stato accettato come "Suggerimento della redazione" nella rivista Revisione fisica D .
