Axion mencari partikel materi gelap di dekat bintang neutron, termasuk teleskop radio

Oleh

Pada 1970-an, fisikawan menemukan masalah dengan model standar fisika partikel – teori yang menjelaskan empat gaya fundamental alam (interaksi elektromagnetik, lemah dan kuat; keempat adalah gravitasi). Mereka menemukan bahwa teori tersebut memprediksikan bahwa kita harus mematahkan simetri dan versi cermin dari partikel dan gaya di alam semesta, jika tidak, eksperimen mengatakan bahwa perbedaan antara teori dan observasi ini disebut “masalah CP kuat” – CP disebut muatan + paritas. Apa masalah CP, dan mengapa hal itu membingungkan para ilmuwan selama hampir setengah abad?

Dalam model standar, magnet elektromagnetik simetris di bawah C (konjugasi muatan), yang menggantikan partikel dengan resistor; P (parity), yang menggantikan semua partikel dengan bagian bayangan cerminnya; Dan, T (pembalikan waktu) yang menggantikan kombinasi CP, CT, PT, dan CPT dalam aktivitas simetris serta bergerak maju mundur seiring waktu. Ini berarti bahwa eksperimen cerdas pada interaksi elektromagnetik tidak akan dapat membedakan sistem asli dari sistem yang telah diubah oleh aktivitas simetri mana pun yang disebutkan.

Teori ini sangat cocok dengan pengamatan dalam kasus interaksi elektromagnetik. Seperti yang diharapkan, masalahnya terletak pada salah satu dari dua kekuatan nuklir – “interaksi yang kuat”. Ternyata teori tersebut memungkinkan pelanggaran operasi simetri gabungan CP (memantulkan partikel di cermin dan mengubah partikel untuk anti-partikel) untuk interaksi lemah dan kuat. Namun, sejauh ini pelanggaran CP hanya diamati untuk interaksi yang buruk.

Teleskop Green Bank

Teleskop Green Bank di West Virginia, AS. Kredit: GBO / AII / NSF

Lebih tepatnya, untuk interaksi yang lemah, pelanggaran CP terjadi pada sekitar 1-dari-1000 level, dan banyak ilmuwan mengharapkan tingkat pelanggaran yang serupa untuk interaksi. Namun para peneliti telah mencari pelanggaran CP secara ekstensif tetapi tidak berhasil. Jika itu terjadi dalam interaksi yang kuat, itu ditekan oleh lebih dari satu miliar (10?) Faktor.

Pada tahun 1977, fisikawan teoretis Roberto Pacey dan Helen Quinn mengusulkan solusi yang mungkin: mereka menghipotesiskan simetri baru yang menekan istilah yang melanggar CP dalam interaksi CP yang kuat, sehingga teori tersebut cocok dengan pengamatan. Dalam waktu singkat, Steven Weinberg dan Frank Wilkizak – keduanya memenangkan Hadiah Nobel Fisika pada 1979 dan 2004 – menyadari bahwa proses tersebut menciptakan partikel yang sama sekali baru. Wilkazak akhirnya menjuluki partikel baru “Axion” setelah deterjen populer dengan nama yang sama karena kemampuannya untuk “membersihkan” masalah CP padat.

Partikel tukang operasi simetri CP

Contoh aktivitas simetri CP yang dilakukan pada partikel Mason. Kami mengatakan bahwa kami melanggar simetri CP ketika sistem asli (bingkai pertama) dipecah menjadi partikel yang terpisah dibandingkan dengan sistem yang dikonversi CP (bingkai keempat). Kredit: Cavalli IPMU

Sumbu harus berupa partikel yang sangat ringan, sangat kaya akan angka dan tidak memiliki muatan. Karena karakteristik ini, sumbu adalah kandidat untuk kegelapan pekat. Materi gelap membentuk sekitar 85 persen dari massa konten alam semesta, tetapi sifat dasarnya tetap menjadi salah satu misteri terbesar sains modern. Pencarian materi gelap yang diciptakan oleh tindakan akan menjadi salah satu penemuan besar ilmu pengetahuan modern

Pada tahun 1983, fisikawan teoretis Pierre Sekivi menemukan bahwa sumbu memiliki sifat penting lainnya: dengan adanya medan elektromagnetik, sumbu terkadang harus diubah menjadi foton yang secara spontan mudah diidentifikasi. Yang pada suatu waktu dianggap dapat dideteksi sepenuhnya, terbukti berpotensi dapat diidentifikasi bila terdapat konsentrasi karakter yang cukup dan medan magnet yang kuat.

Green Bank Telescope West Virginia

Teleskop Green Bank di West Virginia, AS. Kredit: GBO / AII / NSF

Beberapa medan magnet terkuat di alam semesta dikelilingi oleh bintang neutron. Karena objek ini juga sangat besar, mereka juga dapat menarik sejumlah besar materi gelap dari porosnya. Jadi fisikawan telah mengusulkan untuk mencari sinyal aktin di sekitar bintang neutron. Kini, tim peneliti internasional, termasuk Cavalli Institute for the Universe Physics and Mathematics (Cavalli IPMU) postdoc Oscar Machiavelli, telah mengerjakan teleskop Robert C. Baird Green Bank di Amerika Serikat dan teleskop radio 100 meter di Eiffelsburg, Jerman.

Objek pencarian ini adalah dua bintang neutron terdekat dengan medan magnet kuat yang diketahui Bima SaktiPusatnya, yang diperkirakan menampung setengah miliar neutron. Tim mengambil sampel frekuensi radio dalam kisaran 1-GHz, mencocokkan massa air laut 5–10 mikroelektron-volt. Karena tidak ada sinyal yang terlihat, tim tersebut dapat menerapkan batas terkuat hingga saat ini pada beberapa partikel materi gelap Axion bermassa mikro-elektron-volt.

Referensi: “Green Bank dan Teleskop Radio Eiffelsburg sedang menyelidiki Sumbu Joshua W. Foster, Jonathan Kahn, Oscar Macias, Jhikan Sun, Ralph P. Etof, Vladislav I. Contrativ, Wendy M. Peters, Christoph Weiniger dan Benjamin R. Safdi, 20 Oktober 2020. Surat ulasan fisik.
Fisik. Putaran. Akhir 125, 171301 – Diterbitkan

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.