Fysikere afslører, hvorfor stof dominerer universet

Deres svar er, at en hypotetisk partikel, kaldet axion, ikke var så tung som tidligere antaget. Lettere aksioner ville fungere som mindre katalysator og tillade mere stof at overleve det tidlige univers. "Grunden til, at vi har stof i universet, har at gøre med noget eksotisk henfald af denne axion-lignende partikel," sagde Peter Graham, assisterende professor i fysik ved University of Texas i Austin. "Vores beregning var, at aksionen lige var let nok til at producere en lille smule af dette henfald og tillade nok stof til at overleve."

Aksioner er hypotetiske elementarpartikler, der blev forudsagt at eksistere som en løsning på det stærke CP-problem, som er et teoretisk puslespil om, hvorfor der ikke er noget elektrisk dipolmoment i neutroner. Peccei-Quinn-teorien giver et svar, der antyder, at aksioner eksisterer, og deres vekselvirkninger ophæver neutronens elektriske dipolmoment.

Eksistensen af ​​aksioner er blevet aktivt forfulgt af fysikere, og deres masser menes at variere fra 10^-36 til 10^-26 elektronvolt. Axionens masse bestemmer dens indvirkning på stoffets udvikling i det tidlige univers. Tunge aksioner ville føre til hurtige neutron-antineutron-oscillationer, som hurtigt ville udtømme stoffet. Lettere aksioner ville tillade flere protoner at overleve, hvilket resulterer i det stofdominerede univers, vi observerer i dag.

For at undersøge aksionens masse og dens interaktion med fotoner udførte forskerholdet simuleringer med supercomputere ved Texas Advanced Computing Center (TACC). De udforskede en bred vifte af aksionsmasser og beregnede sandsynligheden for aksion-foton-interaktioner.

Deres beregninger viste, at for en axionmasse på omkring 10^-28 elektronvolt var aksion-foton-koblingen stærk nok til at inducere en langsom nok udvikling af neutron-antineutron-systemet, hvilket bevarer mere stof i det tidlige univers.

Denne opdagelse åbner nye muligheder for aksionssøgninger, hvilket tyder på, at eksperimenter, der anvender optiske og røntgenkaviteter, muligvis kan undersøge aksionsmasser tæt på dette område.

Undersøgelsen blev publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters og involverede et samarbejde med David Moore og Gordan Krnjaic fra Kavli Institute for Cosmological Physics ved University of Chicago. Arbejdet blev støttet af Department of Energy, National Science Foundation og Alfred P. Sloan Foundation.