O campo axial atravessa rapidamente as barreiras potenciais e, eventualmente, inicia oscilações quando desacelerado o suficiente pelo atrito. Crédito: Co & Harigaya

Em um novo estudo do movimento axial, os pesquisadores propõem um cenário conhecido como “desalinhamento cinético” que reforça bastante o argumento da equivalência axion / matéria escura. O novo conceito responde a perguntas-chave relacionadas às origens da matéria escura e fornece novos caminhos para os esforços contínuos de detecção. Este trabalho, publicado na Physical Review Letters, foi conduzido por pesquisadores do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Michigan e da UC Berkeley.

A existência da matéria escura foi confirmada por várias observações independentes, mas sua verdadeira identidade permanece um mistério. De acordo com este estudo, a velocidade do axio fornece uma visão fundamental do quebra-cabeça da matéria escura. Os esforços de pesquisa anteriores foram responsáveis ​​pela abundância de matéria escura no universo; no entanto, certos fatores, como a subprodução de axions com interações mais fortes da matéria comum, permaneceram inexplorados.

Atribuindo uma velocidade inicial diferente de zero ao campo axial, a equipe descobriu um mecanismo – denominado desalinhamento cinético – produzindo muito mais axions no universo primitivo do que os mecanismos convencionais. O movimento, gerado pela quebra da simetria do deslocamento do axônio, modifica significativamente o cálculo convencional da abundância de matéria escura do axônio. Além disso, essas dinâmicas permitem que a matéria escura do axônio reaja mais fortemente com a matéria comum, excedendo a previsão do mecanismo de desalinhamento convencional.

“A extensa literatura sobre o axion foi construída com base no pressuposto de que o campo do axion é inicialmente estático no universo primitivo”, afirmou Keisuke Harigaya, do Institute for Advanced Study. “Em vez disso, descobrimos que o campo axial pode ser inicialmente dinâmico como consequência de teorias da gravidade quântica com axions”.

Dois membros da equipe de pesquisa, Keisuke Harigaya e Raymond Co, exploraram anteriormente o conceito de dinâmica de axion no estudo “Axiogênese”, que explicava como o excesso de matéria sobre a antimatéria poderia ser devido a uma velocidade inicial diferente de zero do campo axial do QCD. Este estudo também forneceu uma estrutura para gerar novas idéias sobre as questões que envolvem a matéria escura.

“Esse novo mecanismo de desalinhamento cinético prevê um axio com maior força de interação e pode ser descoberto em pesquisas experimentais planejadas”, afirmou Raymond Co, da Universidade de Michigan. “Nossa descoberta da nova dinâmica de axion, portanto, abre caminhos inexplorados de pesquisa para física de partículas teórica e experimental e cosmologia”.

Até o momento, o axion se mostrou incrivelmente versátil. A partícula foi proposta originalmente para resolver o mistério de por que os nêutrons não interagem com um campo elétrico, apesar de terem carregado componentes. O ex-professor do IAS, Frank Wilczek, que cunhou o termo axion, publicou suas descobertas marcantes em 1978 na Physical Review Letters, enquanto membro da Escola de Ciências Naturais do Instituto de Estudos Avançados.

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