Simulazione di materia oscura e gas. Crediti: Illustris Collaboration
Qualche mese fa vi abbiamo parlato dell’assiogenesi primordiale, proposta da due ricercatori dell’Institute for Advanced Study (Ias) e dell’Università del Michigan, secondo la quale l’assione della cromodinamica quantistica è un buon candidato per la materia oscura e la sua rotazione potrebbe essere in grado di spiegare l’eccesso di materia presente nell’universo. Recentemente, gli stessi ricercatori hanno avanzato un nuovo scenario noto come disallineamento cinetico che rafforza notevolmente la possibilità di un’equivalenza tra assioni e materia oscura. Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.
Sebbene l’esistenza della materia oscura sia stata confermata da diverse osservazioni indipendenti, la sua vera identità rimane un mistero. Secondo questo nuovo studio, la velocità degli assioni sarebbe un tassello fondamentale nel puzzle della materia oscura. Ricerche precedenti hanno giustificato con successo l’abbondanza di materia oscura nell’universo. Tuttavia alcuni aspetti, come la sottoproduzione di assioni in grado di interagire fortemente con la materia ordinaria, sono rimasti inesplorati.
Assegnando una velocità iniziale diversa da zero al campo degli assioni, il team ha scoperto un meccanismo – il disallineamento cinetico – in grado di produrre, nell’universo primordiale, molti più assioni rispetto ai meccanismi convenzionali. Il movimento, generato dalla rottura della simmetria dello spostamento degli assioni, modifica significativamente il calcolo convenzionale dell’abbondanza di materia oscura costituita da assioni. Inoltre, queste dinamiche consentono alla materia oscura di assioni di interagire in modo più forte con la materia ordinaria, superando la previsione del meccanismo convenzionale del disallineamento.
Il campo degli assioni corre rapidamente sopra le barriere potenziali e, quando viene sufficientemente rallentato dall’attrito, inizia a oscillare. Crediti: Co & Harigaya
«La vasta letteratura sull’assione è stata costruita partendo dal presupposto che il campo degli assioni nell’universo primordiale fosse inizialmente statico», spiega Keisuke Harigaya dello Ias. «Invece, abbiamo scoperto che il campo degli assioni potrebbe inizialmente essere dinamico, come conseguenza delle teorie della gravità quantistica con gli assioni».
«Questo nuovo meccanismo di disallineamento cinetico prevede un assione con una maggiore forza di interazione, che potrebbe essere scoperto nelle ricerche sperimentali già 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 delle particelle e la cosmologia, teoriche e sperimentali».
A oggi, l’assione si è dimostrato incredibilmente versatile. Ricordiamo che la particella è stata originariamente proposta per risolvere il mistero del perché i neutroni non interagiscono con un campo elettrico, nonostante abbiano costituenti carichi. Il nome assione fu coniato da Frank Wilczek, ex professore dello Ias, ispirato da un detersivo per i piatti chiamato Axion, perché – proprio come il detersivo – la nuova particella “puliva” il problema della violazione della simmetria CP. Wilczek pubblicò le sue scoperte nel 1978 su Physical Review Letters, sistematizzando ciò che il fisico italiano Roberto Peccei e la fisica Helen Quinn avevano immaginato solo qualche anno prima. Saranno dunque gli assioni i costituenti della materia oscura? Questo studio rafforza l’ipotesi.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Case for Axion Origin of Dark Matter Gains Traction” di Raymond T. Co, Lawrence J. Hall e Keisuke Harigaya