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"Time Begins in Our Universe with a Big Bang" by garlandcannon is licensed with CC BY-SA 2.0. To view a copy of this license, visit https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/ |
Fondo cósmico de axiones
Encontrar la hipotética partícula axión podría significar averiguar por primera vez lo que ocurrió en el Universo un segundo después del Big Bang, sugiere un nuevo estudio publicado en Physical Review D.
¿Hasta dónde podemos mirar hoy en el pasado del Universo? En el espectro electromagnético, las observaciones del Fondo Cósmico de Microondas -comúnmente conocido como CMB- nos permiten retroceder casi 14.000 millones de años hasta el momento en que el Universo se enfrió lo suficiente como para que protones y electrones se combinaran y formaran hidrógeno neutro. El CMB nos ha enseñado una cantidad desmesurada de datos sobre la evolución del cosmos, pero los fotones del CMB se liberaron 400.000 años después del Big Bang, lo que dificulta enormemente el conocimiento de la historia del universo anterior a esta época.
Para abrir una nueva ventana, un trío de investigadores teóricos, entre los que se encuentran el investigador principal del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU), el profesor MacAdams de Física de la Universidad de California en Berkeley y el científico titular del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Hitoshi Murayama, El investigador de física del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y becario postdoctoral de la Universidad de California, Berkeley, Jeff Dror (ahora en la Universidad de California, Santa Cruz), y el becario de investigación Miller de la UC Berkeley, Nicholas Rodd, miraron más allá de los fotones, y se adentraron en el reino de las partículas hipotéticas conocidas como axiones, que podrían haber sido emitidas en el primer segundo de la historia del Universo.
En su artículo, sugieren la posibilidad de buscar un axión análogo al CMB, el llamado Fondo Cósmico de Axiones o CaB.
Aunque hipotético, hay muchas razones para sospechar que el axión podría existir en nuestro Universo.
Por un lado, los axiones son una predicción genérica de la teoría de cuerdas, una de las mayores esperanzas actuales para una teoría de la gravedad cuántica. La existencia de un axión podría ayudar a resolver el viejo rompecabezas de por qué aún no hemos medido un momento dipolar eléctrico para el neutrón, una cuestión conocida más formalmente como el "Problema del CP fuerte". Más recientemente, el axión se ha convertido en un candidato prometedor para la materia oscura y, en consecuencia, los investigadores están buscando rápidamente la materia oscura del axión.
En su artículo, los investigadores señalan que, a medida que los experimentadores desarrollen instrumentos más sensibles para buscar materia oscura, podrían tropezar con otra señal de axiones en la forma del CaB. Pero como el CaB comparte propiedades similares con los axiones de la materia oscura, existe el riesgo de que los experimentos descarten la señal del CaB como ruido.
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The variation in the form of the CaB as a function of energy and density can be seen for four different scenarios for its production. Finding any one of these would help answer the fundamental questions listed. Credit: Dror et al. |
Encontrar el CaB en uno de estos instrumentos sería un doble descubrimiento. No sólo confirmaría la existencia del axión, sino que los investigadores de todo el mundo tendrían inmediatamente un nuevo fósil del Universo primitivo. Dependiendo de cómo se produjera el CaB, los investigadores podrían aprender sobre varios aspectos diferentes de la evolución del Universo nunca antes posibles (Figura).
"Lo que hemos propuesto es que, cambiando la forma en que los experimentos actuales analizan los datos, podríamos ser capaces de buscar axiones sobrantes del universo primitivo. Entonces, podríamos ser capaces de aprender sobre el origen de la materia oscura, la transición de fase o la inflación al principio del Universo. Ya hay grupos experimentales que se han interesado por nuestra propuesta, y espero que podamos descubrir algo nuevo sobre el Universo primitivo que no se conocía hasta ahora", dice Murayama.
"La evolución del universo puede producir axiones con una distribución de energía característica. Al detectar la densidad de energía del universo actual formada por axiones, experimentos como MADMAX, HAYSTAC, ADMX y DMRadio podrían darnos respuestas a algunos de los enigmas más importantes de la cosmología, como: "¿Cómo se calentó nuestro universo?", "¿Cuál es la naturaleza de la materia oscura?", "¿Pasó nuestro universo por un periodo de rápida expansión conocido como inflación?" y "¿Hubo alguna vez una transición de fase cósmica?", dice Dror.
El nuevo estudio ofrece razones para entusiasmarse con el programa de materia oscura del axión. Incluso si la materia oscura no está hecha de axiones, estos instrumentos pueden proporcionar una imagen del Universo cuando tenía menos de un segundo de antigüedad.
Fuentes, créditos y referencias:
Este estudio fue aceptado como "Sugerencia de los Editores" en la revista Physical Review D.
Referencia: "Cosmic axion background" por Jeff A. Dror, Hitoshi Murayama y Nicholas L. Rodd, 7 de junio de 2021, Physical Review D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.103.115004
Proporcionado por SciTechDaily