Negli anni '70, i fisici hanno scoperto un problema con il Modello Standard della fisica delle particelle, la teoria che descrive tre delle quattro forze fondamentali della natura (elettromagnetica, debole, e interazioni forti; il quarto è la gravità). Hanno scoperto che, mentre la teoria prevede che una simmetria tra particelle e forze nel nostro Universo e una versione speculare dovrebbe essere rotta, gli esperimenti dicono il contrario. Questa discrepanza tra teoria e osservazioni è soprannominata "il problema della PC forte":CP sta per Charge+Parity. Qual è il problema della PC, e perché ha lasciato perplessi gli scienziati per quasi mezzo secolo?

Nel modello standard, l'elettromagnetismo è simmetrico sotto C (coniugazione di carica), che sostituisce le particelle con le antiparticelle; P (parità), che sostituisce tutte le particelle con le loro controparti speculari; e, T (inversione temporale), che sostituisce le interazioni che vanno avanti nel tempo con quelle che vanno indietro nel tempo, così come le combinazioni delle operazioni di simmetria CP, TC, PT, e CPT. Ciò significa che esperimenti sensibili all'interazione elettromagnetica non dovrebbero essere in grado di distinguere i sistemi originali da quelli che sono stati trasformati da nessuna delle suddette operazioni di simmetria.

Nel caso dell'interazione elettromagnetica, la teoria corrisponde molto bene alle osservazioni. Come anticipato, il problema risiede in una delle due forze nucleari:l'interazione forte. Come risulta, la teoria permette violazioni dell'operazione di simmetria combinata CP (particelle riflettenti in uno specchio e poi cambianti particella per antiparticella) sia per l'interazione debole che forte. Però, Le violazioni di CP sono state finora osservate solo per l'interazione debole.

Più specificamente, per le interazioni deboli, La violazione di CP si verifica approssimativamente all'1-in-1, 000 livello, e molti scienziati si aspettavano un livello simile di violazioni per le interazioni forti. Eppure gli sperimentatori hanno cercato ampiamente la violazione del CP, ma senza successo. Se si verifica nell'interazione forte, è soppresso di più di un fattore di un miliardo (10 ⁹ ).

Nel 1977, i fisici teorici Roberto Peccei e Helen Quinn hanno proposto una possibile soluzione:hanno ipotizzato una nuova simmetria che sopprime i termini che violano CP nell'interazione forte, facendo così combaciare la teoria con le osservazioni. Poco dopo, Steven Weinberg e Frank Wilczek, entrambi vincitori del Premio Nobel per la fisica nel 1979 e nel 2004, rispettivamente, si sono resi conto che questo meccanismo crea una particella completamente nuova. Wilczek alla fine chiamò questa nuova particella "assione, ' dopo un popolare detersivo per piatti con lo stesso nome, per la sua capacità di ripulire il forte problema di PC.

L'assone dovrebbe essere una particella estremamente leggera, essere straordinariamente abbondante di numero, e non hanno alcun addebito. A causa di queste caratteristiche, gli assioni sono ottimi candidati per la materia oscura. La materia oscura costituisce circa l'85% del contenuto di massa dell'Universo, ma la sua natura fondamentale rimane uno dei più grandi misteri della scienza moderna. Scoprire che la materia oscura è fatta di assioni sarebbe una delle più grandi scoperte della scienza moderna.

Nel 1983, il fisico teorico Pierre Sikivie ha scoperto che gli assioni hanno un'altra proprietà notevole:in presenza di un campo elettromagnetico, a volte dovrebbero convertirsi spontaneamente in fotoni facilmente rilevabili. Quello che una volta si pensava fosse completamente inosservabile, si è rivelato potenzialmente rilevabile fintanto che c'è una concentrazione sufficientemente alta di assioni e forti campi magnetici.

Alcuni dei campi magnetici più potenti dell'Universo circondano le stelle di neutroni. Poiché questi oggetti sono anche molto massicci, potrebbero anche attrarre un copioso numero di particelle di materia oscura di assioni. Quindi i fisici hanno proposto di cercare segnali di assioni nelle regioni circostanti delle stelle di neutroni. Ora, un gruppo di ricerca internazionale, tra cui il postdoc Oscar Macias del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), ha fatto esattamente questo con due radiotelescopi:il Robert C. Byrd Green Bank Telescope negli Stati Uniti, e il radiotelescopio Effelsberg da 100 m in Germania.

Gli obiettivi di questa ricerca erano due stelle di neutroni vicine note per avere forti campi magnetici, così come il centro della Via Lattea, che si stima ospiti mezzo miliardo di stelle di neutroni. Il team ha campionato le frequenze radio nell'intervallo 1-GHz, corrispondenti a masse di assioni di 5-11 microelettronvolt. Poiché nessun segnale è stato visto, il team è stato in grado di imporre i limiti più forti fino ad oggi sulle particelle di materia oscura di assioni di pochi micro elettronvolt di massa.