Dacă materia întunecată există cu adevărat, și se pare că există, atunci din ce ar fi aceasta făcută? Probabil că acesta este cel mai mare mister al materiei întunecate.
Neutrinii sunt singurele particule care au masă, dar nu interacționează puternic cu lumina. Însă aceștia prezintă o masă redusă și călătoresc prin cosmos aproape cu viteza luminii. Neutrinii reprezintă o formă ”fierbinte” a materiei întunecate și nu corespund cu observațiile care arată că materia întunecată trebuie să fie ”rece”.
Așadar, neutrinii fiind excluși, cosmologii studiază alte particule ipotetice care încă nu au fost descoperite, iar cele mai populare dintre acestea sunt axionii.
Axionii au fost propuși pentru prima dată în anii 1970 ca o modalitate de a aborda anumite probleme legate de înțelegerea forței nucleare puternice. Conform teoriilor, axionii are trebui să fie particule masive care interacționează slab cu lumina. În funcție de masa propusă pentru aceste particule, ele ar putea constitui soluția la problema materiei întunecate.
Din nefericire, datele pe care oamenii de știință le adună continuă să excludă modelele bazate pe axioni. Măsurătorile spinului nuclear exclud multe dintre modele, în timp ce observațiile spectrale le exclud pe altele.
Există mai multe modalități de a ajusta modelel axionice, însă experimentele care au încercat să detecteze axionii nu au descoperit nimic. Un nou experiment ar putea explica de ce se întâmplă acest lucru.
În loc de a încerca să observe axionii pe cale experimentală, noul studiu untilizează modele computerizate pentru a simula primele momente ale universului. Cercetătorii au reușit să simuleze regiuni ale universului timpuriu mult mai detaliat decât înainte. Ei au descoperit că, la scurt timp după perioada de inflație, existau vârtejuri asemănătoare unor stringuri (corzi) care puteau arunca axionii în zone mai puțin dense. Comparând modelele lor cu scara la care se grupează galaxiile, cercetării au putut prezice masa axionilor. Incertitudinea valorii lor de masă este mare, de peste două ori mai mare decât se estimase inițial.
Aceasta ar putea explica de ce căutările anterioare ale axionilor au eșuat. Majoritatea experimentelor încearcă să detecteze axionii pe baza interacțiunii lor cu câmpurile magnetice. De exemplu, o cavitate de rezonanță cu un câmp magnetic puternic ar trebui să captureze axionii care trec prin ea. Apoi axionii ar trebui să producă o sclipire electromagnetică ce ar putea fi detectată. Însă acest timp de experiment funcționează doar pentru axionii cu masa mică, egală cu 20-30 de microelectronvolți.
Noul studiu prezice că axionii ar avea o masă mai apropiată de 65 de microelectronvolți, ceea ce înseamnă că ei sunt prea masivi pentru a putea fi detectați de experimentele anterioare. Așadar, poate că axionii există cu adevărat, dar oamenii de știință îi căutau într-un interval de masă greșit.
Cercetătorii caută acum o modalitate de detecție a axionilor cu masă mai mare. O posibilitate este cunoscută sub denumirea de haloscop plasmonic, care este o matrice tridimensională de fire fine utilizate pentru a crea un metamaterial plasmatic. Axionii mai grei ar trebui să interacționeze cu metamaterialul în moduri detectabile. Însă acest experiment încă este într-o fază incipientă.
Axionii nu reprezintă singura soluția la problema materiei întunecate, deci chiar dacă ei vor fi excluși în final, există alte opțiuni ipotetice.
Sursa: Universe Today.