Un dels més grans enigmes per a investigadors i científics és la formació de l'Univers. Recentment, l'Organització Europea per a la Recerca Nuclear (CERN) s'ha esforçat per descobrir una nova partícula coneguda com a axió, que pot, per primera vegada, proporcionar informació sobre els esdeveniments que van tenir lloc a l'Univers just un segon després del Big Bang.
En aquest article t'explicarem tot ho diu saber sobre el axió, la partícula que podria explicar el Big Bang.
Axions i matèria fosca
Inicialment suggerit a la dècada de 1970 pel físic Roberto Peccei juntament amb el seu col·lega Helen Quinn, l'axió és una partícula elemental que sorgeix d'un marc teòric destinat a abordar una qüestió dins la cromodinàmica quàntica (QCD), la teoria que descriu les interaccions entre quarks i gluons. Aquesta qüestió pertany al «problema de conservació de la paritat», que indica que les característiques específiques han de romandre inalterades per les interaccions nuclears. La introducció de l'axió serveix com a mecanisme per restablir aquesta simetria.
Entre les característiques més notòries de l'axió hi ha la seva funció potencial com a component de la matèria fosca, que representa aproximadament el 27% de la massa total de l'univers. La matèria fosca no emet llum ni radioactivitat, cosa que la fa invisible i només observable a través de la seva influència gravitatòria. Si es demostra que els axions existeixen, podrien ser abundants a tot l'univers, cosa que ofereix una justificació per a la naturalesa esquiva de la matèria fosca com a partícules extremadament lleugeres i difícils de detectar.
El Big Bang i les partícules axiòniques
L'explosió primordial coneguda com a Big Bang, que va iniciar la formació de l'univers, és un esdeveniment examinat per nombrosos models i teories cosmològiques. Es creu que immediatament després del Big Bang, van emergir una varietat de partícules i radiació. Si hi ha els axions, és possible que s'hagin generat en quantitats substancials durant aquesta fase primerenca, exercint un paper en l'evolució de l'univers.
La investigació dels axions té importància no només per a la matèria fosca, sinó també per millorar la nostra comprensió de l'univers durant les etapes formatives. Com que el Big Bang va produir una gran varietat de partícules, la possible existència d'axions pot proporcionar informació sobre l'organització històrica de la matèria i l'energia.
Quina informació tenim sobre la història de l'univers?
Actualment, l'anàlisi de l'espectre electromagnètic del Fons Còsmic de Microones (CMB) ha permès als científics rastrejar gairebé 14 mil milions d'anys fins a l'època en què l'Univers s'havia refredat prou perquè els protons i els electrons s'unissin per primera vegada, el que va resultar en la formació d'hidrogen neutre.
Els fotons detectats a les observacions del Fons Còsmic de Microones (CMB) van ser emesos 400.000 anys després del Big Bang, cosa que fa extremadament difícil determinar la història de l'Univers anterior a aquesta època.
Tot i això, un trio d'investigadors britànics ha proposat una teoria que indica la possible existència d'una partícula coneguda com a axió, que podria haver estat emesa durant el segon inicial de la història de l'Univers. Tot i que aquesta partícula continua sent hipotètica, hi ha nombrosos motius per creure que l'axió podria realment existir dins de l'Univers.
Què és exactament un axió?
Els axions són partícules fonamentals teòriques que, encara que encara són hipotètiques, poden resoldre certes qüestions complexes dins de les teories de partícules contemporànies.
La presència de l'axió contribuiria a abordar la qüestió de la simetria CP forta, que pertany a l'equilibri entre matèria i antimatèria. De fet, pot proporcionar una explicació natural per a les sorprenents similituds a les propietats de la matèria i l'antimatèria, alhora que ofereix informació sobre el predomini de la matèria sobre l'antimatèria a l'univers.
Els axions poden proporcionar informació sobre la misteriosa «matèria fosca», que és el 23% de l'Univers. Les investigacions indiquen que aquestes partícules representen un dels candidats més prometedors per contribuir a la matèria invisible, o matèria fosca, que va sorgir poc després del Big Bang.
L'axió i el paper en el context de la matèria fosca
Tenint en compte la possibilitat que la matèria fosca pugui consistir en axions generats en grans quantitats després del Big Bang, els investigadors estan treballant diligentment per identificar la matèria fosca axiònica com més aviat millor.
Un article publicat a Physical Review D suggereix que l‟avenç d‟instruments més sensibles destinats a detectar matèria fosca pot conduir inadvertidament al descobriment d‟un altre indicador d‟axions, conegut com a CaB. Aquest terme denota un axió que és anàleg al Fons Còsmic de Microones (CMB) i s'anomena Fons Còsmic d'Axions. No obstant això, a causa de les similituds en les propietats entre CaB i els axions de matèria fosca, hi ha el risc que el senyal de CaB pugui ser descartat com a soroll en entorns experimentals.
Per als científics, la identificació de CaB representaria un descobriment doble. No sols validaria l'existència de l'axió, sinó que també oferiria una nova relíquia dels primers L'Univers per a la comunitat científica. El mètode pel qual es va generar CaB podria revelar facetes fins ara desconegudes sobre la formació i l'evolució de l'Univers.
Mètodes per detectar un axió
Els experiments realitzats pel CERN tenien com a objectiu la detecció de l‟axió. Un experiment dissenyat per identificar la partícula de l'axió implica la utilització de cavitats de microones ressonants, calibrades per a la massa de l'axió, col·locades dins de forts camps magnètics. Aquesta metodologia s'utilitza actualment a l'experiment ADMX de la Universitat de Washington i té el potencial de detectar l'axió, en cas que la matèria fosca estigui constituïda completament per axions.
Un mètode addicional per detectar axions implica l'ús d'helioscopis, dissenyats específicament per identificar axions generats dins del Sol. Això s'aconsegueix emprant un imant potent aparellat amb detectors de raigs X que tenen un fons excepcionalment baix. Tot i que no s'ha trobat evidència d'axions fins avui, l'experiment CAST, que inclou contribucions d'investigadors de la Universitat de Saragossa, ha superat les limitacions astrofísiques i ha obert una regió prèviament inexplorada per a l'exploració.
