Существование темной материи подтверждено несколькими независимыми наблюдениями, но ее истинная сущность остается загадкой. Согласно этому исследованию, скорость аксиона позволяет понять загадку темной материи.
Предыдущие исследовательские усилия успешно объяснили изобилие темной материи во Вселенной; однако некоторые факторы, такие как недопроизводство аксионов с более сильными взаимодействиями с обычной материей, остались неизученными.
Присвоив аксионному полю ненулевую начальную скорость, команда обнаружила механизм, называемый кинетическим смещением, производящий гораздо больше аксионов в ранней Вселенной, чем обычные механизмы.
Движение, вызванное нарушением симметрии сдвига аксиона, значительно изменяет обычное вычисление содержания аксионной темной материи. Кроме того, эта динамика позволяет аксионной темной материи более сильно реагировать с обычной материей, что превышает предсказание обычного механизма рассогласования.
«Обширная литература по аксиону была построена на предположении, что аксионное поле изначально статично в ранней Вселенной», – заявил Кейсуке Харигая из Института перспективных исследований. «Вместо этого мы обнаружили, что аксионное поле может быть изначально динамическим как следствие теорий квантовой гравитации с аксионами."
Два члена исследовательской группы, Кейсуке Харигая и Раймонд Ко, ранее изучали концепцию аксионной динамики в исследовании «Аксиогенез», в котором объяснялось, как избыток вещества над антивеществом может быть связан с ненулевой начальной скоростью аксионного поля КХД.
Это исследование также предоставило основу для нового понимания вопросов, связанных с темной материей.
«Этот новый механизм кинетического несовпадения предсказывает аксион с большей силой взаимодействия и может быть обнаружен в ходе запланированных экспериментальных поисков», – заявил Раймонд Ко из Мичиганского университета. "Наше открытие новой динамики аксионов, таким образом, открывает неизведанные возможности для исследований теоретической и экспериментальной физики элементарных частиц и космологии."
На сегодняшний день аксион оказался невероятно универсальным. Первоначально частица была предложена, чтобы разгадать загадку того, почему нейтроны не взаимодействуют с электрическим полем, несмотря на наличие заряженных компонентов.
Бывший профессор IAS Франк Вильчек, придумавший термин аксион, опубликовал свои знаменательные открытия в 1978 году в Physical Review Letters, будучи членом Школы естественных наук Института перспективных исследований.