Fizycy z Berkeley Lab sądzą, że mogli znaleźć dowód na istnienie aksjonów

Fizycy teoretyczni z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) sądzą, że znaleźli dowód na istnienie aksjonów, teoretycznych cząstek tworzących ciemną materię. Ich zdaniem aksjony mogą być źródłem wysokoenergetycznego promieniowania X otaczającego pewną grupę gwiazd neutronowych.

Istnienie aksjonów postulowane jest od lat 70. ubiegłego wieku. Zgodnie z hipotezami mają powstawać one we wnętrzach gwiazd i pod wpływem pola magnetycznego zmieniać się w fotony. Mają też tworzyć ciemną materię, która stanowi 85% masy wszechświata i której istnienia wciąż bezpośrednio nie udowodniono. Widzimy jedynie jej oddziaływanie grawitacyjne na zwykłą materię.

Grupa gwiazd neutronowych, o której mówią naukowcy z LBNL to Magnificient 7. Są one świetnym miejscem do testowania obecności akcjonów, gdyż wiadomo, że gwiazdy te posiadają silne pola magnetyczne, są dość blisko siebie – w odległości kilkuset lat świetlnych – i powinny emitować niskoenergetyczne promieniowanie X oraz światło ultrafioletowe.

Wiemy, że gwiazdy te są nudne i w tym przypadku jest to dobra cecha, mówi Benjamin Safdi, który stał na czele grupy badawczej.

Gdyby Magnificient 7 były pulsarami, to tłumaczyłoby to odkrytą emisję w paśmie X. Jednak pulsarami nie są i żadne znane wyjaśnienie nie pozwala wytłumaczyć rejestrowanej emisji. Jeśli zaś otaczające Magnificient 7 promieniowanie pochodziło ze źródła lub źródeł ukrytych za pulsarami, to byłyby one widoczne w danych uzyskanych z teleskopów kosmicznych XMM-Newton i Chandra. A żadnego takiego źródła nie widać. Dlatego też Safdi i jego współpracownicy uważają, że źródłem są aksjony.

Naukowcy nie wykluczają całkowicie, że nadmiar promieniowania można wyjaśnić w innych sposób niż istnieniem aksjonów. Mają jednak nadzieję, że jeśli takie alternatywne wyjaśnienie się pojawi, to również i ono będzie związane ze zjawiskiem wykraczającym poza Model Standardowy.

Jesteśmy dość mocno przekonani, że to nadmiarowe promieniowanie istnieje i bardzo mocno przekonani, że mamy tutaj do czynienia z czymś nowym. Gdybyśmy zyskali 100% pewności, że to, co obserwujemy, spowodowane jest obecnością nieznanej cząstki, byłoby to wielkie odkrycie. Zrewolucjonizowałoby to fizykę, mówi Safdi.

W tej chwili nie twierdzimy, że odkryliśmy aksjony. Twierdzimy, że dodatkowe promieniowanie X może być wyjaśnione przez aksjony, dodaje doktor Raymond Co z University of Minnesota.

Safdi mówi, że kolejnym celem jego badań bądą białe karły. Gwiazdy te również mają bardzo silne pole magnetyczne i powinny być wolne od promieniowania X. Jeśli i tam zauważymy nadmiarowe promieniowanie X, będziemy coraz bardziej przekonani, że znaleźliśmy coś, co wykracza poza Model Standardowy, dodaje uczony.

W ostatnim czasie aksjony cieszą się większym zainteresowaniem niż zwykle, gdyż kolejne eksperymenty nie dostarczyły dowodów na istnienie WIMP-ów (słabo oddziałujących masywnych cząstek), które również są kandydatem na cząstki tworzące ciemną materię.

Aksjony to cała rodzina cząstek. Mogą istnieć setki cząstek podobnych do aksjonów (ALP) tworzących ciemną materię, a teoria strun pozwala na istnienie wielu typów ALP.

aksjon Magnificient 7 gwiazdy neutronowe promieniowanie aksjony