Undersøgelse af samspillet mellem aksioner og mørke fotoner i det tidlige univers

Aksioner og mørke fotoner er to af de mest lovende typer partikler til at afsløre ny fysik. Aksionens skalarfelt forklarer fraværet af et elektrisk dipolmoment for neutronen, mens den mørke foton ligner almindelige fotoner, der er ansvarlige for elektromagnetisme, men den er massiv og meget svagere koblet.

I fortiden, mange kosmologer, der undersøger dynamikken i det tidlige univers, foreslog teorier, der fokuserede enten på aksioner eller mørke fotoner. Forskning, der undersøger interaktionerne mellem disse to typer partikler i det tidlige univers, på den anden side, er stadig knap.

Med det i tankerne, forskere ved University of Maryland og Johns Hopkins University udførte for nylig en undersøgelse, der havde til formål at undersøge samspillet mellem aksioner og mørke fotoner i det tidlige univers. Deres papir, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , undersøger en række eksempler, hvor en aksion blander sig med en massiv mørk foton i et baggrundsmagnetfelt.

"Mens der er en stor mængde litteratur om den kosmologiske udvikling af teorier med kun en af ​​disse to partikler, vi var interesserede i at forstå, hvordan samspillet mellem begge disse partikler i det tidlige univers kunne føre til nye funktioner og endte med at finde meget interessant adfærd forbundet med deres blanding, "Gustavo Marques-Tavares, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "De nye effekter, vi observerede, var drastisk forskellige fra andre mere almindeligt betragtede typer blanding."

Først og fremmest, Marques-Tavares og hans kolleger satte sig for at udvikle en fysisk hypotese eller intuition. At gøre dette, de løste en forenklet version af specifikke ligninger, der typisk anvendes på komplekse analytiske problemer.

Når de først fandt på en fysisk intuition, de brugte to matematiske teknikker kendt som WKB-approksimation og adiabatisk tilnærmelse for at opnå et sæt mulige løsninger på det problem, de fokuserede på. Forskerne sammenlignede derefter de omtrentlige løsninger, de identificerede, med nøjagtige numeriske løsninger og fandt, at de to passede ret godt.

Samlet set, de antyder, at enkelt-derivatblanding mellem massive bosoniske felter kan medføre væsentlige ændringer i feltdynamikken. Mere specifikt, det kunne forsinke begyndelsen af ​​klassiske svingninger, mindske og måske endda eliminere friktionen som følge af Hubble-udvidelsen, som er den hastighed, hvormed universet udvider sig. Forskerne beskrev yderligere det fænomen, de undersøgte ved hjælp af en række eksempler, som fremhævede muligheder, der stammer fra samspillet mellem aksioner og mørke fotoner.

"På mange måder, lysskalar- og vektorfelter opfører sig mere som klassiske felter end kvantepartikler i deres kosmologiske udvikling, " sagde Marques-Tavares. "Vi fandt ud af, at vores metode i høj grad forbedrer axionens amplitude sammenlignet med en teori, der ikke inkluderer blanding med en mørk foton. Fordi energitætheden lagret i marken vokser med dens amplitude, dette fører til en større endelig energitæthed for aksionen, lader det forklare alt det mørke stof i universet."

Det nylige arbejde fra dette hold af forskere introducerer beregninger, der fremhæver virkningerne af enkeltderivatblanding mellem aksioner og mørke fotoner, i modsætning til den mere typiske masseblanding eller kinetisk blanding. Resultaterne præsenteret af Marques-Tavares og hans kolleger fremhæver også nye retninger for fremtidig forskning, der sigter mod bedre at forstå virkningerne af enkeltderivatblanding mellem partikler, især i det tidlige univers. I deres næste undersøgelser, forskerne planlægger at studere mørke fotoner nærmere, da de er lette at observere og dermed er blevet populære kandidater til mørkt stof.

"Mørke fotoner er notorisk vanskelige at producere i det tidlige univers, og dermed, det er udfordrende for dem at forklare alt mørkt stof, " sagde Marques-Tavares. "Den samme mekanisme, der giver os mulighed for at øge antallet af aksioner, kan også bruges til at øge antallet af mørke fotoner, giver dem mulighed for at blive en mørk materie-kandidat. Vi planlægger at udforske denne nye mekanisme, vi foreslog anvendt på mørke fotoner."

© 2020 Science X Network