Una partícula hipotética llamada axión podría resolver uno de los grandes misterios de la física: el exceso de materia sobre la antimateria, o por qué estamos aquí en absoluto.
Según el Modelo Estándar de física de partículas, cuando nació nuestro universo, la reunión de la materia y la antimateria debería haberse aniquilado entre sí. Eso significa que nada, ni Tierra, ni sol, ni galaxias, ni humanos, existiría. Pero lo hacemos.
"Existe una clara contradicción con el Modelo Estándar", dijo el físico e investigador postdoctoral de la Universidad de Michigan, Raymond Co. "¿Por qué todo el universo está lleno de materia y muy, muy poca antimateria?"
El modelo estándar de física de partículas explica tres fuerzas fundamentales en el universo: electromagnetismo, la fuerza débil y la fuerza fuerte. El electromagnetismo es la fuerza entre cualquier partícula que tenga carga. La fuerza débil hace que los neutrones se descompongan, yla fuerza fuerte explica por qué las partículas subatómicas, como los neutrones y los protones, se mantienen juntas.
Pero hay algunas contradicciones dentro del Modelo Estándar, una de ellas es el desequilibrio entre la materia y la antimateria. El Modelo Estándar tampoco explica la existencia de materia oscura, ni explica una propiedad observada de los neutrones.
Para resolver el problema de neutrones, los físicos en 1977 propusieron una partícula hipotética llamada axión. Cinco años más tarde, se descubrió que el axión también era capaz de resolver el problema de la materia oscura. Ahora, Co y coautor Keisuke Harigaya, investigadoren el Instituto de Estudios Avanzados, sugieren que el axión puede explicar otro problema más: el desequilibrio entre la materia y la antimateria. Su investigación se publicará en Cartas de revisión física el 17 de marzo
El hipotético eje de partículas es infinitesimalmente ligero, al menos miles de millones de veces más ligero que el protón, y casi no interactúa con la materia normal. Esto explica por qué aún no se han detectado, incluso con instrumentos que nos permiten detectar protones,neutrones y electrones.
El axión fue hipotetizado primero para abordar una contradicción llamada el fuerte problema de PC. Como habrá aprendido en la física de la escuela secundaria, los electrones tienen carga negativa, los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. Sin embargo, los neutrones están formadosde las partículas más elementales llamadas quarks, que tienen cargas. Por lo tanto, los físicos esperan que los neutrones interactúen con el campo eléctrico, dice Co. Pero no lo hacen. Si el axión existe, apagaría la interacción entre los neutrones y el campo eléctrico., resolviendo el fuerte problema de CP.
El axión también puede ser un buen candidato para la materia oscura, que se utiliza para explicar la velocidad de rotación de las galaxias, otra contradicción del Modelo Estándar. Si las galaxias giraban a la velocidad a la que giran actualmente, con la cantidad de gravedad que tienense han basado en materia luminosa, la materia que podemos ver porque emite luz, volarían en pedazos. Simplemente no hay suficiente gravedad para mantenerlos unidos. Los científicos sugieren que debe haber una gran cantidad de materia, como un vasto campo deaxiones: en las galaxias no podemos ver eso explica la velocidad de rotación de las galaxias.
Ahora, Co y Harigaya sugieren que el axión también puede explicar el desequilibrio de la materia y la antimateria. Anteriormente, los físicos pensaban que en las primeras etapas del universo, justo después del Big Bang, el campo del axión era inicialmente estático y comenzóoscilar a medida que el universo se enfría.
"Puedes imaginar el axión como una bola en una botella de refresco de plástico, y la bola está haciendo una especie de oscilación alrededor del punto más bajo de la botella de refresco de plástico", dijo Co.
En cambio, los investigadores sugieren que el campo del axión tenía una dinámica más interesante en esta etapa temprana. Imagine la botella de refresco de plástico, dice Co. Antes de rodar hacia adelante y hacia atrás a lo largo del fondo de la botella, el axión giraba en un patrón circular alrededorel cuerpo de la botella. Co y Harigaya sugieren que a través de las interacciones proporcionadas por la fuerza fuerte y la fuerza débil, la rotación del axión crea un poquito más de materia que la antimateria. Cuando la materia y la antimateria se unen, en lugar de aniquilarse completamente, unoen 10 mil millones de partes de materia quedaron para formar el mundo que vemos hoy.
"El axión fue propuesto por primera vez por físicos teóricos de partículas", dijo Harigaya. "Desde entonces, los físicos teóricos y experimentales de partículas, astrofísicos y cosmólogos han estado estudiando el axión todos juntos. Hemos revelado un nuevo papel cosmológico del axión debido a larotación. Esperamos que nuestro trabajo promueva aún más el esfuerzo de investigación interdisciplinaria ".
"La gente siempre quiere saber por qué estamos aquí y esa es la asimetría de la materia y la antimateria, en el sentido técnico", dijo Co. "Y lo que es emocionante en nuestro trabajo es que el axión da una explicación simultánea de los tres problemasen física de partículas: materia oscura, asimetría de materia-antimateria y el fuerte problema de CP. Dado que estos problemas no se han estudiado simultáneamente en este marco de axiones, se necesita mucho trabajo sobre este tema. Lo más notable de todo es que este axiónel marco se someterá a pruebas experimentales en un futuro próximo "
El trabajo relacionado en el futuro podría incluir investigación sobre ondas gravitacionales y el origen de la masa de neutrinos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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