Si ritiene che circa l’85% del nostro universo sia composto da materia oscura, un ipotetico materiale che non interagisce con la luce. Non riflette, non emette e non assorbe raggi luminosi e quindi non possiamo vedere direttamente questa insolita forma di materia. Tuttavia, per comprendere e spiegare la natura della materia oscura, gli scienziati hanno creato diversi modelli.

Sorprendentemente, un nuovo studio ha escluso una di queste spiegazioni popolari della materia oscura, chiamata modello di cogenesi delle particelle simili all’ascia (ALP). L’esclusione dell’ALP significa che gli scienziati dovranno prendere in considerazione un minor numero di modelli durante la ricerca sulla materia oscura. Questo aumenterebbe sia la velocità che l’accuratezza dei loro lavori di ricerca e ci porterebbe un passo più vicini alla comprensione del fenomeno più strano dell’universo.

Perché gli scienziati integrano il modello di cogenesi ALP?

Fonte: Bluemount_Score/Pixabay

Prima di addentrarsi nel modello ALP è necessario comprendere gli assioni. Poiché il Modello Standard della Fisica non fornisce alcun dettaglio su neutroni, antimateria e materia oscura, un gruppo di fisici delle particelle ha ipotizzato la presenza degli assioni, presunte particelle elementari menzionate per la prima volta nella teoria di Peccei-Quinn del 1977.

Tuttavia, gli assioni erano stati originariamente proposti per spiegare la coniugazione di carica e le proprietà di parità dei neutroni. In seguito, i ricercatori hanno scoperto che queste ipotetiche particelle potrebbero svolgere un ruolo importante anche nella spiegazione delle proprietà dei neutroni. materia oscura e antimateria (entrambi sono diversi). Si ritiene che gli assioni formino collettivamente la materia oscura del nostro universo.

Per spiegare ulteriormente le particelle elementari di materia oscura, i ricercatori scrivono nel loro documento di ricerca: “Gli axioni sono ipotetiche particelle massicce di spin-0 che sono state postulate per la prima volta come risultato di un’elegante soluzione al problema della carica-parità (CP) nella cromodinamica quantistica (QCD). La natura debolmente interagente degli axioni, combinata con le previsioni teoriche e i meccanismi di produzione dell’universo primordiale prima o dopo l’inflazione, li rende contemporaneamente un candidato convincente per la materia oscura”.

Gli studi condotti in passato hanno rivelato che la densità della materia oscura e dei barioni (protoni e neutroni simili a particelle che formano la materia regolare) può essere spiegata solo dopo aver applicato il modello di cogenesi ALP al Modello Standard della Fisica. Ciò può essere fatto accoppiando gli assioni con altre particelle subatomiche come elettroni e nucleoni.

Al fine di integrare gli assioni per superare le limitazioni del Modello Standard, i fisici impiegano un metodo ampiamente accettato. modello SMASH (modello standard di inflazione del portale di Higgs con assioni e altalene). Il modello SMASH suggerisce che la massa di ciascun assione dovrebbe essere compresa tra 50 e 200 microelettronvolt (μeV).

Il motivo dell’esclusione del modello di cogenesi ALP

Buone notizie, universo! Gli scienziati sono un passo più vicini a comprendere finalmente la materia oscura
Il rivelatore aloscopico utilizzato nell’esperimento ORGAN. Fonte: Laboratorio di tecnologia quantistica e materia oscura

Il recente studio che esclude il modello APL si basa sui primi risultati ottenuti durante l’esperimento ORGAN (Oscillating Resonant Group AxioN). ORGAN è un progetto gestito dall’Università dell’Australia Occidentale. programma di ricerca dell’aloscopo che mira a scoprire gli assioni con grandi masse. Il metodo di rilevamento dell’aloscopo prevedeva l’uso di un campo magnetico uniforme ma potente e statico all’interno di un cavità risonante.

Molti esperimenti, tra cui ORGAN, ritengono che la massa degli assioni sia compresa tra 62 e 207 μeV, mentre il modello ALP si concentra sull’esistenza degli assioni in una fascia di massa bassa, ossia tra 63 e 67 μeV. È interessante notare che durante lo studio gli scienziati non hanno trovato alcun assione nell’intervallo tra 63 e 67 μeV, il che suggerisce l’assenza di materia oscura.

Sulla base di questi risultati, i ricercatori hanno concluso che, poiché l’intervallo di massa studiato con il modello di cogenesi APL indica l’assenza di assioni, esso non può più essere utilizzato per spiegare la natura della materia oscura. Questi risultati avranno un ruolo importante nel restringere e semplificare le future ricerche sulla materia oscura.

Il studio è pubblicato sulla rivista Science Advances.

Abstract:

Il modello standard axion seesaw Higgs portal inflation (SMASH) è una descrizione ben motivata e autonoma della fisica delle particelle che prevede l’esistenza di particelle di materia oscura axion nell’intervallo di massa compreso tra 50 e 200 microelettronvolt. La scansione di queste masse richiede che un aloscopio di assioni operi sotto un campo magnetico costante tra 12 e 48 gigahertz. L’esperimento ORGAN (Oscillating Resonant Group AxioN) (a Perth, Australia) è un aloscopo di assioni a cavità a microonde che mira a cercare la maggior parte della gamma di masse prevista dal modello SMASH. La nostra scansione iniziale di fase 1a stabilisce un limite superiore all’accoppiamento degli assioni a due fotoni di ∣ga∣ ≤ 3 × 10-12 per giga-elettronvolt nell’intervallo di massa compreso tra 63,2 e 67,1 micro-elettronvolt con un intervallo di confidenza del 95%. Questo risultato altamente sensibile è sufficiente per escludere il modello di cogenesi di particelle assioniche ben motivate per la materia oscura nella regione ricercata.

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