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Gli assioni potrebbero essere il fossile dell’universo che i ricercatori stavano aspettando

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Trovare l’ipotetico assione particellare potrebbe significare scoprire per la prima volta cosa è successo nell’Universo un secondo dopo il Big Bang, come suggerisce un nuovo studio pubblicato su Physical Review D il 7 giugno.

Quanto lontano nel passato dell’Universo possiamo guardare oggi?

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Nello spettro elettromagnetico, le osservazioni del Fondo Cosmico a Microonde, comunemente indicato come CMB, ci permettono di vedere indietro di quasi 14 miliardi di anni a quando l’Universo si è raffreddato a sufficienza da consentire a protoni ed elettroni di combinarsi e formare idrogeno neutro.

Il CMB ci ha insegnato molto sull’evoluzione del cosmo, ma i fotoni nel CMB sono stati rilasciati 400.000 anni dopo il Big Bang, ed è estremamente difficile conoscere la storia dell’universo prima di questa epoca.

Per aprire una nuova finestra, alcuni ricercatori teorici, hanno guardato oltre i fotoni e nel regno delle ipotetiche particelle conosciute come assioni, che potrebbero essere state emesse nel primo secondo della storia dell’Universo.

Nel loro articolo, suggeriscono la possibilità di cercare un analogo assionico del CMB, un cosiddetto Sfondo assionico cosmico o CaB.

Sebbene ipotetico, ci sono molte ragioni per sospettare che l’assione possa esistere nel nostro Universo.

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Perché gli assioni?

Per prima cosa, l’idea degli assioni deriva da una previsione generica della teoria delle stringhe, una delle migliori speranze odierne per una teoria della gravità quantistica.

L’esistenza dell’assone potrebbe aiutare a risolvere il vecchio enigma del perché dobbiamo ancora misurare un momento di dipolo elettrico per il neutrone, un problema più formalmente noto come “Problema CP forte“.

Più recentemente, l’assione è diventato un candidato promettente per la materia oscura, e di conseguenza i ricercatori stanno cercando di individuare gli assioni come componenti della materia oscura.

Nel loro articolo, i ricercatori sottolineano che si stanno sviluppando strumenti più sensibili per cercare la materia oscura che possono imbattersi in un altro segno di assioni sotto forma di CaB. Ma poiché il CaB condivide proprietà simili con gli assioni della materia oscura, c’è il rischio che gli esperimenti emettano il segnale CaB come rumore.

Trovare il CaB in uno di questi strumenti sarebbe una doppia scoperta. Non solo confermerebbe l’esistenza dell’assione, ma i ricercatori di tutto il mondo avrebbero immediatamente un nuovo fossile dall’Universo primordiale.

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A seconda di come è stato prodotto il CaB, i ricercatori potrebbero conoscere vari aspetti dell’evoluzione dell’Universo impensabili in precedenza.

Ciò che abbiamo proposto è che, cambiando il modo in cui gli esperimenti attuali analizzano i dati, potremmo essere in grado di cercare gli assioni rimasti dall’universo primordiale. Quindi, potremmo essere in grado di conoscere l’origine della materia oscura, la transizione di fase o inflazione all’inizio dell’Universo. Ci sono già gruppi sperimentali che hanno mostrato interesse per la nostra proposta, e spero che possiamo scoprire qualcosa di nuovo sull’Universo primordiale che prima non si sapeva“, dice Murayama, uno dei ricercatori coinvolti nello studio.

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L’evoluzione dell’universo può produrre assioni con una caratteristica distribuzione energetica. Rilevando la densità energetica dell’universo attualmente costituito da assioni, esperimenti come MADMAX, HAYSTAC, ADMX e DMRadio potrebbero darci risposte ad alcuni dei più importanti enigmi in cosmologia, come “Quanto è diventato caldo il nostro universo? Qual è la natura della materia oscura? Il nostro universo ha attraversato un periodo di rapida espansione noto come inflazione? C’è mai stata una transizione di fase cosmica?” dice Dror, anche lui coinvolto nello studio.

Il nuovo studio fornisce motivo di essere entusiasti del programma axion per la materia oscura. Anche se la materia oscura non dovesse essere fatta di assioni, questi strumenti potrebbero fornire un’immagine dell’Universo quando aveva meno di un secondo.

Questo studio è stato accettato come “Suggerimento dell’editore” sulla rivista Physical Review D.

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