Físicos da Universidade do Texas em Austin encontraram uma resposta para uma das questões mais desconcertantes da física:por que ainda existe matéria regular no universo?
A resposta deles é que uma partícula hipotética, chamada áxion, não era tão pesada quanto se pensava anteriormente. Os áxions mais leves atuariam como menos catalisadores, permitindo que mais matéria sobrevivesse ao universo primitivo. “A razão pela qual temos matéria no Universo tem a ver com algum decaimento exótico desta partícula semelhante a um áxion”, disse Peter Graham, professor assistente de física na Universidade do Texas em Austin. “Nosso cálculo foi que o áxion era leve o suficiente para produzir um pouco dessa decadência e permitir que matéria suficiente sobrevivesse”.
Os áxions são partículas elementares hipotéticas que foram previstas como uma solução para o problema do CP forte, o que é um quebra-cabeça teórico sobre por que não há momento de dipolo elétrico nos nêutrons. A teoria de Peccei-Quinn oferece uma resposta, sugerindo que existem áxions e que suas interações cancelam o momento dipolar elétrico do nêutron.
A existência de áxions tem sido ativamente investigada pelos físicos, e acredita-se que suas massas variem de 10^-36 a 10^-26 elétron-volts. A massa do áxion determina seu impacto na evolução da matéria no universo primitivo. Os áxions pesados levariam a oscilações rápidas de nêutrons-antinêutrons, o que esgotaria rapidamente a matéria. Áxions mais leves permitiriam que mais prótons sobrevivessem, resultando no universo dominado pela matéria que observamos hoje.
Para sondar a massa do áxion e sua interação com os fótons, a equipe de pesquisadores realizou simulações com supercomputadores no Texas Advanced Computing Center (TACC). Eles exploraram uma ampla gama de massas de áxions e calcularam a probabilidade de interações áxion-fóton.
Seus cálculos mostraram que, para uma massa de áxion de cerca de 10 ^ -28 elétron-volts, o acoplamento áxion-fóton era forte o suficiente para induzir uma evolução lenta o suficiente do sistema nêutron-antinêutron, preservando mais matéria no universo primitivo.
Esta descoberta abre novas possibilidades para pesquisas de áxions, sugerindo que experimentos usando cavidades ópticas e de raios X podem ser capazes de sondar massas de áxions próximas a essa faixa.
O estudo foi publicado na revista Physical Review Letters e envolveu uma colaboração com David Moore e Gordan Krnjaic, do Instituto Kavli de Física Cosmológica da Universidade de Chicago. O trabalho foi apoiado pelo Departamento de Energia, pela National Science Foundation e pela Alfred P. Sloan Foundation.
