Trovata la struttura matematica che spiega gli assioni

L'assione è uno fra i migliori candidati per spiegare la materia oscura, ma solo recentemente è stato al centro di uno intenso sforzo sperimentale con l'intento di dargli la caccia in modi diversi

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Un fisico del programma interdisciplinare di scienze matematiche e teoriche RIKEN con la collaborazione di due colleghi ha gettato le basi matematiche che potrebbero spiegare la natura degli assioni capaci di generare entità simili a stringhe che generano tensione nei materiali analizzati in laboratorio.
L’assione è, per ora, solamente un’ipotetica particella mai misurata realmente ma che se esistesse potrebbe gettare una nuova luce su uno dei più grandi misteri della cosmologia, la materia oscura.
Finora i ricercatori non sono riusciti a rilevare gli assioni e la materia oscura rimane ancora tutta da svelare. Questa materia che compone il nostro Universo rimarrà “oscura” fino al giorno in cui non verrà scoperto con cosa interagisce. Sappiamo che la materia oscura c’è, ne abbiamo conferma grazie a diverse osservazioni ma non sappiamo da cosa è composta.
Piuttosto che particelle discrete, la materia oscura costituita da assioni formerebbe un’onda che scorre attraverso lo spaziotempo. L’assione è uno fra i migliori candidati per spiegare la materia oscura ma solo recentemente è stato al centro di uno intenso sforzo sperimentale con l’intento di dargli la caccia in modi diversi.
Le ipotetiche particelle denominate assioni furono proposte per la prima volta negli anni ’70 per risolvere un problema non collegato direttamente alla materia scura. Man mano che i fisici sviluppavano la teoria dell’interazione nucleare forte, che lega i quark all’interno dei protoni e neutroni essi notarono qualcosa di errato. Le interazioni all’interno dei neutroni avrebbero dovuto rendere queste particelle elettricamente asimmetriche e farle ruotare in presenza di un campo elettrico. Gli esperimenti non mostrano un tale processo per cui ci deve essere qualcosa di mancante nella teoria. Vennero proposte perciò delle modifiche all’equazioni che descrive l’interazione forte. Il modello denominato Peccei-Quinn è la più importante teoria sviluppata per spiegare il mancato riscontro sperimentale della violazione della cosiddetta simmetria CP prevista dalla cromodinamica quantistica. La teoria permetteva così di rimuovere l’asimmetria elettrica dei neutroni e di predire l’esistenza di una nuova particella: l’assione.
A differenza del bosone di Higgs, gli assioni non fanno parte del modello standard delle particelle e non sono soggette alle stesse interazioni fondamentali. Se queste particelle esistono, dovrebbero essere trasparenti alla radiazione, non interagire direttamente con la materia ordinaria, se non debolmente, e potrebbero essere state prodotte in quantità sufficiente durante le fasi primordiali della storia dell’Universo per formare l’85 percento della massa che chiamiamo oggi materia scura.
Come afferma Yoshimasa Hidaka del programma RIKEN: “Gli assioni sono candidati per la materia oscura, ma non li abbiamo ancora trovati” Gli assioni potrebbero avere le proprietà giuste, quindi i fisici hanno cercato tracce della loro esistenza in numerosi esperimenti. Nel giugno 2020, l’esperimento XENON1T presso il Laboratorio del Gran Sasso in Italia ha riportato indizi che potrebbero aver rilevato l’assione, ma quel risultato deve ancora essere confermato.
Gli assioni si possono studiare in altri modi, ad esempio utilizzando in laboratorio materiali esotici chiamati “isolanti topologici”. Un isolante topologico è un materiale che internamente si comporta come un isolante elettrico ma che sulla superficie manifesta stati conduttivi. Tali materiali mostrano altri comportamenti particolari. A volte, i loro elettroni si raggruppano e si muovono in modo tale che il materiale sembra essere costituito da “quasiparticelle” con proprietà insolite. Questo può creare una tensione inaspettata attraverso il materiale, chiamata effetto Hall anomalo. Si prevede che l’ assione sorga in questo modo, negli isolanti topologici, dove dovrebbe interagire con i fotoni in modo diverso dalle particelle di normale materia.
Hidaka e i suoi due colleghi hanno ora esaminato la teoria che governa l’interazione tra assioni e fotoni. Anche se gli assioni sono particelle puntiformi, il team ha calcolato che all’interno dei materiali, la luce interagisce effettivamente con configurazioni filiformi estese fatte di assioni, chiamate stringhe assioniche. Ciò porterebbe all’anomalo effetto Hall, che si osserva negli esperimenti.
“Abbiamo trovato la struttura matematica alla base del fenomeno”, ha affermato Hidaka.
Ora non resta che aspettare la conferma dell’esistenza dell’assione che ci darebbe un nuovo modo di guardare la genesi e l’evoluzione dell’Universo.
Fonte: https://phys.org/news/2020-11-dark-candidate-stringy-effects-lab.html
Fonte: https://astronomicamens.wordpress.com/2015/01/15/a-caccia-di-assioni-con-admx/#more-11372

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