Araştırmacılar ve bilim adamları için en büyük bilmecelerden biri Evrenin oluşumudur. Son zamanlarda Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (CERN), ilk kez Büyük Patlama'dan sadece bir saniye sonra Evrende meydana gelen olaylar hakkında bilgi sağlayabilen, eksen olarak bilinen yeni bir parçacık keşfetmeye çalışıyor.
Bu yazımızda size bu konuda bilmeniz gereken her şeyi anlatacağız. Axion, Büyük Patlama'yı açıklayabilecek parçacık.
Axionlar ve karanlık madde
İlk olarak 1970'lerde fizikçi Roberto Peccei ve meslektaşı Helen Quinn tarafından öne sürülen eksen, kuarklar ve gluonlar arasındaki etkileşimleri tanımlayan teori olan kuantum renk dinamiği (QCD) kapsamındaki bir soruyu ele almayı amaçlayan teorik bir çerçeveden ortaya çıkan temel bir parçacıktır. . Bu soru, belirli özelliklerin nükleer etkileşimler tarafından değişmeden kalması gerektiğini belirten "eşlik koruma sorununa" aittir. Eksenin devreye sokulması bu simetriyi yeniden tesis edecek bir mekanizma görevi görür.
Eksenin en dikkate değer özellikleri arasında, bir bileşen olarak potansiyel işlevi yer almaktadır. evrenin toplam kütlesinin yaklaşık %27'sini temsil eden karanlık madde. Karanlık madde ışık ya da radyoaktivite yaymıyor, bu da onu görünmez kılıyor ve yalnızca kütleçekimsel etkisiyle gözlemlenebilir hale getiriyor. Eğer eksenlerin var olduğu kanıtlanırsa, evrende bol miktarda bulunabilirler ve bu da karanlık maddenin son derece hafif ve tespit edilmesi zor parçacıklar olarak anlaşılması zor doğasına bir gerekçe sunabilir.
Büyük Patlama ve aksiyonik parçacıklar
Big Bang olarak bilinen ve evrenin oluşumunu başlatan ilkel patlama, birçok kozmolojik model ve teorinin incelediği bir olaydır. Büyük Patlama'dan hemen sonra çeşitli parçacıkların ve radyasyonun ortaya çıktığına inanılıyor. Eğer eksenler mevcutsa, evrenin evriminde rol oynayan bu erken aşamada önemli sayıda üretilmiş olabilirler.
Axion araştırması önemli yalnızca karanlık madde için değil, aynı zamanda evrenin oluşum aşamaları sırasındaki anlayışımızı geliştirmek için de. Büyük Patlama çok çeşitli parçacıklar ürettiğinden, eksenlerin olası varlığı, madde ve enerjinin tarihsel organizasyonu hakkında bilgi sağlayabilir.
Evrenin tarihi hakkında hangi bilgilere sahibiz?
Bugün, Kozmik Mikrodalga Arka Planının (CMB) elektromanyetik spektrumunun analizi, bilim adamlarının neredeyse 14 milyar yıl öncesine, Evrenin protonların ve elektronların ilk kez bağlanabileceği kadar soğuduğu zamana kadar izini sürmesine olanak sağladı. nötr hidrojen oluşumuna neden oldu.
Kozmik Mikrodalga Arka Plan (CMB) gözlemlerinde tespit edilen fotonlar, Büyük Patlama'dan 400.000 yıl sonra yayılmıştır ve bu da Evren'in bu zamandan önceki geçmişini belirlemeyi son derece zorlaştırmaktadır.
Bununla birlikte, üç İngiliz araştırmacı, eksen olarak bilinen bir parçacığın olası varlığını gösteren bir teori öne sürdüler. Evren tarihinin ilk saniyesinde yayılmış olabilir. Her ne kadar bu parçacık varsayımsal kalsa da, eksenin Evren'de gerçekten var olabileceğine inanmak için çok sayıda neden var.
Axion tam olarak nedir?
Aksiyonlar, hala varsayımsal olmasına rağmen çağdaş parçacık teorilerindeki bazı karmaşık soruları çözebilen teorik temel parçacıklardır.
Eksenin varlığı, madde ve antimadde arasındaki dengeyle ilgili olan güçlü CP simetrisi sorununu çözmeye yardımcı olacaktır. Aslında madde ve antimaddenin özelliklerindeki çarpıcı benzerliklere doğal bir açıklama getirebilir. evrende maddenin antimaddeye üstünlüğü hakkında bilgi sunarken.
Axionlar gizemli "karanlık madde" hakkında bilgi sağlayabilir. Evrenin %23'ünü oluşturur. Araştırmalar, bu parçacıkların Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra ortaya çıkan görünmez maddeye veya karanlık maddeye katkıda bulunma konusunda en umut verici adaylardan birini temsil ettiğini gösteriyor.
Axion ve karanlık madde bağlamındaki rolü
Karanlık maddenin Büyük Patlama'dan sonra büyük miktarlarda oluşan eksenlerden oluşabileceği ihtimalini göz önünde bulunduran araştırmacılar, aksiyonik karanlık maddenin mümkün olan en kısa sürede tanımlanması için yoğun bir şekilde çalışıyor.
Physical Review D'de yayınlanan bir makale, karanlık maddeyi tespit etmeyi amaçlayan daha hassas cihazların ilerlemesinin, yanlışlıkla eksenlerin başka bir göstergesinin keşfedilmesine yol açabileceğini öne sürüyor. CaB olarak bilinir. Bu terim, Kozmik Mikrodalga Arka Planına (CMB) benzeyen ve Kozmik Eksen Arka Planı olarak adlandırılan bir eksen anlamına gelir. Ancak CaB ve karanlık madde eksenleri arasındaki özellik benzerlikleri nedeniyle CaB sinyalinin deneysel ortamlarda gürültü olarak göz ardı edilme riski vardır.
Bilim adamları için, CaB'nin tanımlanması çifte bir keşfi temsil eder. Bu sadece eksenin varlığını doğrulamakla kalmayacak, aynı zamanda bilim camiasına erken Evrenin yeni bir kalıntısını da sunacak. CaB'nin üretildiği yöntem, Evrenin oluşumu ve evrimi hakkında şimdiye kadar bilinmeyen yönleri ortaya çıkarabilir.
Bir aksiyonu tespit etme yöntemleri
CERN'in gerçekleştirdiği deneyler eksenin tespitine yönelikti. Eksen parçacığını tanımlamak için tasarlanan bir deney, güçlü manyetik alanlar içine yerleştirilen, eksenin kütlesine göre kalibre edilmiş rezonans mikrodalga boşluklarının kullanımını içerir. Bu metodoloji şu anda Washington Üniversitesi'ndeki ADMX deneyinde kullanılmaktadır ve aksiyonu tespit etme potansiyeli varKaranlık maddenin tamamen eksenlerden oluşması durumunda.
Eksenleri tespit etmenin ek bir yöntemi, Güneş içinde üretilen eksenleri tanımlamak için özel olarak tasarlanmış helioskopların kullanımını içerir. Bu, son derece düşük arka plana sahip X-ışını dedektörleriyle eşleştirilmiş güçlü bir mıknatıs kullanılarak elde edilir. Bugüne kadar eksenlere dair hiçbir kanıt bulunmamasına rağmen, Zaragoza Üniversitesi'ndeki araştırmacıların katkılarını içeren CAST deneyi, astrofiziksel sınırlamaların üstesinden geldi ve daha önce keşfedilmemiş bir bölgeyi keşif için açtı.