Karanlık Madde Avcıları Neden Axions Gizeminin Peşinde?

 Garip bir varsayımsal parçacığın nasıl karanlık madde tarihinin yıldızı haline geldiğinin destanı.

Fizik bilmecelerle dolu ve bir anlamda, bu alanı devam ettiren şey bu. Bu akıl almaz bulmacalar gerçeğe doğru bir yarışı teşvik ediyor. Ancak tüm ikilemler içinde ikisinin tartışmasız A önceliğine girdiğini söyleyebilirim.

İlk olarak, bilim adamları gökyüzüne baktıklarında, sürekli olarak gezegenimizden ve birbirlerinden her yönde daha uzağa seyahat eden yıldızları ve galaksileri görürler. Evren patlayan bir balon gibi görünüyor, bu yüzden genişlediğini öğrendik. Ama bir şey mantıklı değil. 

Uzayın içinde - yıldızlar, parçacıklar, gezegenler ve diğer her şey - bu kadar hızlı şişmesine yetecek kadar yüzen madde yok gibi görünüyor. Başka bir deyişle, evren fiziğimizin söylediğinden çok daha hızlı genişliyor ve hatta siz bunu okurken hızlanıyor. Bu da bizi ikinci soruna getiriyor.

Uzmanların en iyi hesaplamalarına göre, galaksiler o kadar hızlı dönüyorlar ki, her şey etrafında hızla dönüyor ve spirallerin, metal atları sürüşten fırlatan kontrolden çıkmış atlıkarıncalar gibi davranmasını bekliyoruz. Evrende onları birbirine bağlayacak yeterli şey yok gibi görünüyor. Yine de Samanyolu dağılmıyor.

Yani, ne oluyor? 

Genel terimler olarak, fizikçiler, kozmosu karanlık enerjiye doğru iten "eksik" şeyleri ve galaksileri bir arada tutan parçaları - muhtemelen hale benzeri bir biçimde - karanlık madde olarak adlandırırlar. Ne ışıkla ne de görebildiğimiz maddeyle etkileşime girmez, bu nedenle esasen görünmezdirler. Birleşik, karanlık madde ve karanlık enerji , evrenin %95'ini oluşturuyor. 

Science Advances dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir incelemenin yazarları, karanlık maddenin kısmına odaklanarak , "bir veya daha fazla temel parçacık türünden oluşabilir. kara delikler gibi görünmez madde formu."

Kara delikler olsun ya da olmasın, karanlık madde tamamen anlaşılmaz . Ancak sırlarını çözmek için bilim adamları, kozmik diziden bir avuç şüpheli seçtiler ve şimdiye kadar en çok aranan parçacık, axion adı verilen tuhaf bir küçük nokta.

Eksenlerin geniş gözlü hipotezi

Parçacık fiziğinin kutsal kâsesi, sürekli güçlenen el kitabı olan Standart Model'i duymuş olabilirsiniz . Evrendeki  her bir parçacığın nasıl çalıştığını özetliyor .

Bununla birlikte, Science Advances incelemesinin işaret ettiği gibi, bazı "parçacık fizikçileri, Standart Model'den huzursuz ve memnun değil, çünkü birçok teorik eksikliğe sahip ve birçok acil deneysel soruyu cevapsız bırakıyor." Daha spesifik olarak bizim için, CPT değişmezliği olarak adlandırılan köklü bir bilimsel kavramla ilgili olarak doğrudan bir paradoksa yol açar . Aha, fizik bulmacaları devam ediyor.

Temel olarak CPT değişmezliği, C (yük), P (parite) ve T (zaman) söz konusu olduğunda evrenin simetrik olması gerektiğini belirtir. Bu nedenle CPT simetrisi olarak da adlandırılır. Her şeyin zıt yükü varsa, sağ elini kullanmak yerine solak olsaydı ve zamanda ileri yerine geriye doğru seyahat etseydi, evrenin aynı kalması gerektiğini belirtir. 

Uzun bir süre için, CPT simetrisi kırılmaz görünüyordu. Sonra 1956 geldi.

Uzun lafın kısası, bilim adamları CPT simetrisinin P bölümünü ihlal eden bir şey buldular . Buna zayıf kuvvet denir ve nötrino çarpışmaları ve güneşteki element füzyonu gibi şeyleri belirler . Herkes şaşırdı, şaşırdı ve korktu. 

Fiziğin neredeyse her temel kavramı CPT simetrisine dayanır. 

Yaklaşık on yıl sonra, araştırmacılar C simetrisini de ihlal eden zayıf kuvveti keşfettiler. İşler darmadağın oluyordu. Fizikçiler, P ihlal edilse bile… ve CP ihlal edilse bile… belki de CPT'nin hala ihlal edilmediğini umabilir ve dua edebilirler. Belki zayıf güçler, CPT simetrisini korumak için üçlüye ihtiyaç duyar. Neyse ki, bu teori doğru görünüyor. Bilinmeyen bir nedenle, zayıf kuvvet, C ve CP çarpmalarına rağmen toplam CPT simetrisini takip ediyor. Vay canına.

Ama sorun şu. Zayıf kuvvetler CP simetrisini ihlal ederse, güçlü kuvvetlerin de ihlal etmesini beklersiniz, değil mi? Eh, bilmiyorlar ve fizikçiler nedenini bilmiyorlar. Buna  güçlü CP sorunu deniyor -- ve tam da burada işler ilginçleşiyor. 

Nötronlar - atomların içindeki yüksüz parçacıklar - güçlü kuvvete uyarlar. Artı, sadeleştirmeye izin vererek,  nötr yükleri  T simetrisini ihlal ettikleri anlamına gelir. Ve "T simetrisini ihlal eden bir şey bulursak, o zaman CP simetrisini de, CPT kombinasyonu ihlal edilmeyecek şekilde ihlal etmelidir" diyor makale. Ama... bu garip. Nötronlar, güçlü CP sorunu nedeniyle olmaz.