Het vinden van de hypothetische deeltjesaxion zou kunnen betekenen dat je voor het eerst uitvindt wat er een seconde na de oerknal in het heelal is gebeurd, suggereert een nieuwe studie gepubliceerd in Fysieke beoordeling D op 7 juni

Hoe ver terug in het verleden van het heelal kunnen we vandaag kijken? In het elektromagnetische spectrum, waarnemingen van de kosmische microgolfachtergrond - gewoonlijk de CMB genoemd - stellen ons in staat bijna 14 miljard jaar terug te kijken naar de tijd dat het heelal voldoende afkoelde om protonen en elektronen te laten combineren en neutrale waterstof te vormen. De CMB heeft ons buitensporig veel geleerd over de evolutie van de kosmos, maar er kwamen 400 fotonen in de CMB vrij, 000 jaar na de oerknal, waardoor het buitengewoon uitdagend is om meer te weten te komen over de geschiedenis van het universum voorafgaand aan dit tijdperk.

Om een ​​nieuw venster te openen, een drietal theoretische onderzoekers, waaronder Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Principal Investigator, Universiteit van Californië, Berkeley, MacAdams Professor of Physics en Lawrence Berkeley National Laboratory senior faculteitswetenschapper Hitoshi Murayama, Lawrence Berkeley National Laboratory natuurkundig onderzoeker en University of California, Berkeley, postdoctoraal onderzoeker Jeff Dror (nu aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz), en UC Berkeley Miller Research Fellow Nicholas Rodd, keek verder dan fotonen, en in het rijk van hypothetische deeltjes bekend als axions, die in de eerste seconde van de geschiedenis van het heelal kan zijn uitgezonden.

In hun krant ze suggereren de mogelijkheid om te zoeken naar een axion-analoog van de CMB, een zogenaamde Cosmic axion Background of CaB.

Hoewel hypothetisch, er zijn veel redenen om te vermoeden dat het axion in ons heelal zou kunnen bestaan.

Voor een, axions zijn een generieke voorspelling van de snaartheorie, een van de beste verwachtingen van vandaag voor een theorie van kwantumzwaartekracht. Het bestaan ​​van een axion zou verder kunnen helpen bij het oplossen van de al lang bestaande puzzel waarom we nog een elektrisch dipoolmoment voor het neutron moeten meten, een probleem dat meer formeel bekend staat als het 'sterke CP-probleem'. Recenter, het axion is een veelbelovende kandidaat voor donkere materie geworden, en als gevolg daarvan zoeken onderzoekers snel naar axion donkere materie.

In hun krant de onderzoekers wijzen erop dat naarmate experimentatoren meer gevoelige instrumenten ontwikkelen om naar donkere materie te zoeken, ze kunnen struikelen over een ander teken van axions in de vorm van de CaB. Maar omdat de CaB vergelijkbare eigenschappen deelt met axionen van donkere materie, er bestaat een risico dat de experimenten het CaB-signaal als ruis weggooien.

Het vinden van het CaB bij een van deze instrumenten zou een dubbele ontdekking zijn. Het zou niet alleen het bestaan ​​van het axion bevestigen, maar onderzoekers over de hele wereld zouden onmiddellijk een nieuw fossiel uit het vroege heelal hebben. Afhankelijk van hoe de CaB werd geproduceerd, onderzoekers konden leren over verschillende aspecten van de evolutie van het heelal die nooit eerder mogelijk waren (figuur).

"Wat we hebben voorgesteld is dat, door de manier te veranderen waarop huidige experimenten gegevens analyseren, kunnen we misschien zoeken naar overgebleven axions uit het vroege heelal. Vervolgens, kunnen we misschien meer te weten komen over de oorsprong van donkere materie, faseovergang of inflatie aan het begin van het heelal. Er zijn al experimentele groepen die interesse hebben getoond in ons voorstel, en ik hoop dat we iets nieuws kunnen ontdekken over het vroege heelal dat nog niet eerder bekend was, ' zegt Muraya.

"De evolutie van het universum kan axions produceren met een karakteristieke energieverdeling. Door de energiedichtheid te detecteren van het universum dat momenteel uit axions bestaat, experimenten zoals MADMAX, HAYSTAC, ADMX, en DMRadio zou ons antwoorden kunnen geven op enkele van de belangrijkste puzzels in de kosmologie, zoals, "Hoe heet is ons universum geworden? Wat is de aard van donkere materie? Heeft ons universum een ​​periode van snelle expansie ondergaan die bekend staat als inflatie? Is er ooit een kosmische faseovergang geweest?" zegt Dror.

De nieuwe studie geeft reden om enthousiast te zijn over het axion-programma voor donkere materie. Zelfs als donkere materie niet uit axionen bestaat, deze instrumenten kunnen een beeld geven van het heelal toen het nog geen seconde oud was.

Deze studie werd aanvaard als een "Editors' Suggestion" in het tijdschrift Fysieke beoordeling D .