A variação na forma do CaB em função da energia e da densidade pode ser observada para quatro cenários diferentes para sua produção. Encontrar qualquer um desses ajudaria a responder às questões fundamentais listadas. Crédito:Dror et al.
Encontrar o hipotético axion da partícula pode significar descobrir pela primeira vez o que aconteceu no Universo um segundo após o Big Bang, sugere um novo estudo publicado em Revisão Física D em 7 de junho.
Quão longe no passado do Universo podemos olhar hoje? No espectro eletromagnético, as observações do Fundo Cósmico de Microondas - comumente referido como CMB - nos permitem ver quase 14 bilhões de anos atrás, quando o Universo esfriou o suficiente para que prótons e elétrons se combinassem e formassem hidrogênio neutro. O CMB nos ensinou muito sobre a evolução do cosmos, mas fótons no CMB foram liberados 400, 000 anos após o Big Bang, o que torna extremamente difícil aprender sobre a história do universo antes desta época.
Para abrir uma nova janela, um trio de pesquisadores teóricos, incluindo o Investigador Principal do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU), Universidade da Califórnia, Berkeley, Professor de Física MacAdams e Hitoshi Murayama, cientista sênior do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Pesquisador de física do Lawrence Berkeley National Laboratory e University of California, Berkeley, pós-doutorado Jeff Dror (agora na Universidade da Califórnia, Santa Cruz), e o bolsista de pesquisa da UC Berkeley Miller, Nicholas Rodd, olhou além dos fótons, e no reino das partículas hipotéticas conhecidas como axions, que pode ter sido emitida no primeiro segundo da história do Universo.
Em seu jornal, eles sugerem a possibilidade de procurar um análogo axion do CMB, um assim chamado Cósmico Axion Background ou CaB.
Embora hipotético, há muitas razões para suspeitar que o áxion possa existir em nosso Universo.
Para um, axions são uma previsão genérica da teoria das cordas, uma das melhores esperanças de hoje para uma teoria da gravidade quântica. A existência de um axion pode ajudar ainda mais a resolver o enigma de longa data de por que ainda não medimos um momento de dipolo elétrico para o nêutron, um problema mais formalmente conhecido como "Problema de PC forte". Mais recentemente, o axion se tornou um candidato promissor para a matéria escura, e, como consequência, os pesquisadores estão procurando rapidamente a matéria escura dos áxions.
Em seu jornal, os pesquisadores apontam que, à medida que os experimentalistas desenvolvem instrumentos mais sensíveis para pesquisar a matéria escura, eles podem tropeçar em outro sinal de axions na forma do CaB. Mas, como o CaB compartilha propriedades semelhantes com os áxions de matéria escura, há o risco de que os experimentos gerem o sinal CaB como ruído.
Encontrar o CaB em um desses instrumentos seria uma descoberta dupla. Não apenas confirmaria a existência do áxion, mas os pesquisadores de todo o mundo teriam imediatamente um novo fóssil do Universo primitivo. Dependendo de como o CaB foi produzido, os pesquisadores puderam aprender sobre vários aspectos diferentes da evolução do Universo nunca antes possível (Figura).
"O que propusemos é que, mudando a forma como os experimentos atuais analisam os dados, podemos ser capazes de procurar por axions remanescentes do universo primitivo. Então, podemos aprender sobre a origem da matéria escura, transição de fase ou inflação no início do Universo. Já existem grupos experimentais que demonstraram interesse em nossa proposta, e espero que possamos descobrir algo novo sobre o Universo primitivo que não era conhecido antes, "diz Murayama.
"A evolução do universo pode produzir áxions com uma distribuição de energia característica. Ao detectar a densidade de energia do universo atualmente composto por áxions, experimentos como MADMAX, HAYSTAC, ADMX, e DMRadio poderia nos dar respostas a alguns dos quebra-cabeças mais importantes da cosmologia, tal como, "Quão quente nosso universo ficou? Qual é a natureza da matéria escura? Nosso universo passou por um período de rápida expansão conhecido como inflação? Já houve uma transição de fase cósmica?" diz Dror.
O novo estudo fornece motivos para estarmos entusiasmados com o programa de matéria escura do axion. Mesmo que a matéria escura não seja feita de axions, esses instrumentos podem fornecer uma imagem do Universo quando ele tinha menos de um segundo de idade.
Este estudo foi aceito como uma "Sugestão dos Editores" na revista. Revisão Física D .
