Credits: Co & Harigaya

Introduzione

In un nuovo studio sul movimento degli assioni, i ricercatori propongono uno scenario noto come “disallineamento cinetico” che rafforza notevolmente il caso di equivalenza di assioni/materia oscura. Il nuovo concetto risponde alle domande chiave relative alle origini della materia oscura e fornisce nuove strade per gli sforzi di rilevamento in corso. 

Questo lavoro, pubblicato su Physical Review Letters, è stato condotto dai ricercatori presso l’Institute for Advanced Study, University of Michigan e UC Berkeley.

Disallineamento cinetico

L’esistenza della materia oscura è stata confermata da diverse osservazioni indipendenti, ma la sua vera identità rimane un mistero. Secondo questo studio, la velocità degli assioni fornisce una visione chiave del puzzle della materia oscura. Precedenti sforzi di ricerca hanno giustificato con successo l’abbondanza di materia oscura nell’universo; tuttavia alcuni fattori, come la sottoproduzione di assioni con interazioni più forti della materia ordinaria, sono rimasti inesplorati.

Assegnando una velocità iniziale diversa da zero al campo degli assioni, il team ha scoperto un meccanismo – chiamato disallineamento cinetico – che produce molti più assioni nell’universo primordiale rispetto ai meccanismi convenzionali. Il movimento, generato dalla rottura della simmetria dello spostamento degli assioni, modifica significativamente il calcolo convenzionale dell’abbondanza di assioni della materia oscura. Inoltre, queste dinamiche consentono agli assioni della materia oscura di reagire più fortemente con la materia ordinaria, superando la previsione del meccanismo convenzionale di disallineamento.

La vasta letteratura sull’assione è stata fondata sul presupposto che il campo degli assioni sia inizialmente statico nell’universo primordiale“, ha dichiarato Keisuke Harigaya dell’Institute for Advanced Study. “Invece, abbiamo scoperto che il campo degli assioni potrebbe essere inizialmente dinamico come conseguenza delle teorie della gravità quantistica con gli assioni“.

Maggiore forza di interazione

Due membri del gruppo di ricerca, Keisuke Harigaya e Raymond Co, avevano precedentemente esplorato il concetto di dinamica degli assioni nello studio “Axiogenesis“, che spiegava come l’eccesso di materia rispetto all’antimateria potesse essere dovuto a una velocità iniziale diversa da zero del campo di assioni QCD. Questo studio ha anche fornito un quadro per generare nuove intuizioni sulle domande relative alla materia oscura. 

Questo nuovo meccanismo di disallineamento cinetico prevede un assione con una maggiore forza di interazione e può essere scoperto in ricerche sperimentali pianificate“, ha dichiarato Raymond Co dell’Università del Michigan. “La nostra scoperta di nuove dinamiche degli assioni apre così vie di ricerca inesplorate per la fisica e la cosmologia teoriche e sperimentali delle particelle“.

Ad oggi, l’assione si è dimostrato incredibilmente versatile. La particella è stata originariamente proposta per risolvere il mistero del perché i neutroni non interagiscono con un campo elettrico nonostante abbiano componenti cariche. Frank Wilczek, ex professore dello IAS, che ha coniato il termine axion, ha pubblicato le sue scoperte nel 1978 in Physical Review Letters mentre era membro della School of Natural Sciences dell’Institute for Advanced Study. 

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