Hvorfor solaksioner ikke kan forklare det observerede XENON1T -overskud

I flere årtier, fysikere og astrofysikere har teoretiseret om eksistensen af ​​mørkt stof i universet. Denne undvigende type stof ville bestå af partikler, der ikke absorberer, reflektere eller udsende lys, og som derfor ikke kan detekteres ved brug af konventionelle instrumenter til observation af partikler.

En af de mest lovende mørkt stof-kandidater er axion. Aksioner er hypotetiske partikler, der først blev introduceret for at forklare usædvanlige observationer relateret til stærke nukleare interaktioner. Efterfølgende teoretiske fysikere har foreslået, at aksioner udgør dele af universets masse, der stadig ikke er redegjort for og derfor i det væsentlige kunne være mørkt stof. Siden da, utallige hold verden over har udført søgninger efter aksioner ved hjælp af en række kraftfulde og sofistikerede detektorer.

For et par måneder siden, en international forskergruppe kendt som XENON Collaboration frigav nye data indsamlet af XENON1T, en følsom detektor for interaktioner mellem mørkt stof og almindelige partikler. Disse data indeholdt et overraskende overskud af begivenheder, der kan være et fingerpeg om eksistensen af ​​partikler, der aldrig før er observeret, såsom sol-aksioner.

Forskere ved Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Universitetet i Barcelona, Barry University og Laboratori Nazionali di Frascati (INFN) undersøgte for nylig dataene indsamlet af XENON1T-detektoren med håbet om bedre at forstå, om det overskydende påviste kunne, faktisk, være en manifestation af solaksioner. Resultaterne af deres analyser og deres overvejelser, udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve , ser ud til at udelukke muligheden for, at solaksioner står bag XENON-samarbejdets uventede observationer.

"Da XENON1T -resultatet blev annonceret, vi udførte en grundig undersøgelse af virkningerne af axionemission fra forskellige astrofysiske legemer, " via e-mail, Luca Di Luzio, Marco Fedele, Maurizio Giannotti, Federico Mescia og Enrico Nardi, de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org, "Vi var således i en optimal situation til let at indse, at de specifikke aksionsegenskaber, der kræves af XENON1T-forklaringen, var i stærk konflikt med observationer af stjernernes evolution."

I deres seneste papir, Di Luzio og hans kolleger viser, at hypotesen om solaksioner som XENON1T -overskuddet ikke holder, da det kolliderer med tidligere astrofysiske observationer. Deres håb er, at ved at udelukke denne mulighed, deres arbejde vil tilskynde andre teams til at identificere og udforske alternative forklaringer. Ifølge forskerne, overskuddet er langt mere sandsynligt enten resultatet af et uløst problem med forsøgsopstillingen eller en indikation af et andet eksotisk fysisk fænomen.

"Solaxioner kan ikke forklare XENON1T -uregelmæssige observation simpelthen fordi, sammenlignet med andre stjernetyper kendetegnet ved meget større kernetætheder og temperaturer, solen er ikke særlig effektiv til at producere aksioner, " forklarede forskerne. "Hvis det observerede overskud skulle tolkes som skyld i solaksioner, andre typer stjerner ville så overproducere aksioner, de ville skinne som intense 'aksionsfyrtårne, ' at miste energi fra deres indre kerner med så stor en hastighed, at deres udvikling ville blive drastisk ændret. Dette ville være i alvorlig konflikt med mange tidligere astronomiske observationer."

Et eksempel på astronomiske data, der kolliderer med solaksionshypotesen, er observation af stjernepopulationer. For at forklare XENON1T-overskuddet, faktisk, solaksioner skulle have parametre så store, at en hel stjernebestand, de såkaldte Horizontal Branch (HB) stjerner, ville være meget næppe befolket. Hvis det var tilfældet, ingen HB-stjerner bør findes i de nærliggende kuglehobe, hvor forskere faktisk har opdaget flere af dem.

"Vores undersøgelse skal hovedsageligt forstås som et bidrag til at opretholde samfundets indsats på det rigtige spor, " sagde forskerne. "Den første begejstring for en mulig 'axion-opdagelse' kunne have afledt eksperimentelle og teoretiske bestræbelser i en retning, dvs. faktisk, en blindgyde."

Ud over at udelukke muligheden for, at solaksioner forklarer XENON1T-overskuddet, det nylige arbejde udført af Di Luzio og hans kolleger fremhæver vigtigheden af ​​nøje at overveje de astrofysiske implikationer af aksionsmodeller, når man forsøger at vurdere deres fænomenologiske levedygtighed. I deres papir, forskerne understreger vigtigheden af ​​forholdet mellem aksioner og astrofysik, da det første bevis på eksistensen af ​​aksioner i sidste ende kunne komme direkte fra astrofysiske observationer.

Holdet udfører nu yderligere undersøgelser, der udforsker axionsfysik. Disse undersøgelser fokuserer på en bred vifte af emner, herunder de kosmologiske og astrofysiske konsekvenser af aksioner, axionsmodelbygning og de fænomenologiske aspekter af axionssøgninger udført i både laboratorie- og jordbaserede eksperimenter.

"Hvert medlem af vores samarbejde har specifikke færdigheder inden for forskellige aspekter af axionsfysik, " sagde forskerne. "Som et samarbejde, vi udfører i øjeblikket en grundig analyse af et stort antal astrofysiske observerbare, hvoraf nogle udviser spændende uoverensstemmelser mellem teoretiske forudsigelser og observationer. Selv om betydningsniveauet for hver anomali, når det tages enkeltvis, indtil videre er moderat, en global analyse kan afsløre et konsistent mønster, og kan pege på en forklaring i form af en bestemt type aksion."

© 2020 Science X Network