Observațiile privind mișcarea neutronilor și atomilor de metale grele la temperaturi ultra-scăzute au arătat că cele mai ușoare forme de axiuni, particule de materie întunecată „ușoară”, nu pot exista în principiu, ceea ce a complicat încă o dată căutarea sa, potrivit unui articol publicat în revista Physical Review X …
„Aceste rezultate deschid o fereastră nouă pentru căutarea materiei întunecate. Ele indică faptul că axiile nu pot exista în principiu într-o gamă foarte largă de mase și energii, ceea ce reduce vizibil câmpul în care trebuie să căutăm urme ale acestei substanțe misterioase. Putem spune că căutarea noastră începe din nou , a spus Nicholas Ayres de la Universitatea din Sussex (Marea Britanie).
Multă vreme, oamenii de știință au crezut că universul este format din materia pe care o vedem și care constituie baza tuturor stelelor, găurilor negre, nebuloaselor, ciorchinilor de praf și planetelor. Dar primele observații despre viteza de mișcare a stelelor din galaxiile din apropiere au arătat că stelele de la periferia lor se mișcă în ele cu o viteză imposibil de mare, care a fost de aproximativ 10 ori mai mare decât au arătat calculele bazate pe masele tuturor stelelor din ele.
Motivul pentru aceasta, potrivit oamenilor de știință de astăzi, a fost așa-numita materie întunecată - o substanță misterioasă, care reprezintă aproximativ 75% din masa materiei din Univers. De obicei, fiecare galaxie are de aproximativ 8-10 ori mai multă materie întunecată decât vărul său vizibil, iar această materie întunecată ține stelele la locul lor și le împiedică să se împrăștie.
Astăzi, aproape toți oamenii de știință sunt convinși de existența materiei întunecate, însă proprietățile sale, pe lângă influența sa gravitațională evidentă asupra galaxiilor și grupurilor de galaxii, rămân un mister și un subiect de controversă între astrofizicieni și cosmologi. Multă vreme, oamenii de știință au presupus că este alcătuit din particule supraeficiente și „reci” - „wimps” care nu se manifestă în niciun fel, cu excepția atragerii de clustere vizibile de materie.
Căutarea nereușită a „WIMP-urilor” din ultimele două decenii i-a determinat pe mulți teoreticieni să creadă că materia întunecată poate fi de fapt „ușoară și pufoasă” și constă în așa-numitele axiuni - particule ultra-ușoare similare în masă și proprietăți cu neutrinoii.
Ayres și colegii săi au descoperit, întâmplător, că cele mai ușoare tipuri de aciuni, despre care vorbesc adesea teoreticienii, nu pot exista în principiu, analizând rezultatele experimentului CryoEDM, care este extrem de departe de cosmologie și materie întunecată.
Acest proiect, potrivit fizicianului, a fost lansat în urmă cu două decenii pentru a măsura cu exactitate una dintre cele mai mici cantități fundamentale - momentul dipolului de neutroni. Prin acest cuvânt, fizicienii înțeleg cum regiunile cu sarcini pozitive și negative sunt distribuite în interiorul neutronului și dacă neutronul este într-adevăr o particulă complet neutră din punct de vedere electric.
Video promotional:
În CryoEDM, fizicienii încearcă să găsească momentul dipol al neutronului, observând modul în care o „supă” de atomi singuri dintr-un izotop rar de mercur și neutroni reacționează la schimbările bruște ale direcției și puterii câmpului electric în care se află. Dacă neutronul are un moment dipol, atunci spinul său va „zdruncina” într-un mod special atunci când câmpul „pâlpâie”, ceea ce poate fi „văzut” observând modul în care se schimbă polarizarea particulelor.
Analizând datele obținute de detectoarele CryoEDM în prima perioadă a activității lor, oamenii de știință au observat că acuratețea acestor observații a fost atât de mare încât comportamentul atomilor de mercur și neutroni ar fi puternic influențat de interacțiunile particulelor lor subatomice cu axiile. Cu alte cuvinte, dacă există axe, atunci acestea vor provoca un alt tip de oscilație, iar puterea lor va depinde direct de masa particulelor de materie întunecată.
După cum arată analiza repetată a datelor CryoEDM, nu s-a observat nimic similar în comportamentul mercurului și al neutronilor, ceea ce indică absența fundamentală a celor mai ușoare versiuni ale axiilor, a căror masă este de milioane și zeci de miliarde de ori mai mică decât cea a unui electron.
Astfel de rezultate, după cum subliniază Ayrs, nu exclud posibilitatea existenței altor tipuri de axiuni, dar restrâng vizibil dimensiunea câmpului, unde existența lor rămâne admisă din punct de vedere al științei. Este destul de posibil ca materia întunecată să nu fie constituită din particule supraeviale sau ultraluminare similare cu materia vizibilă, ci are o natură complet diferită, despre care nu am intuit încă, concluzionează autorii articolului.
