Axióny, by nám mohli objasniť pôvod hmoty vo vesmíre
Valentín Korinek - 2020-03-29



Axióny sú hypotetické častice s veľmi nízkou hmotnosťou. Podľa Einsteina hmota priamo súvisí s energiou, a preto je na výrobu axiónov potrebné len veľmi málo energie. Existencia axiónov nie je dokázaná, ale považuje sa za dosť pravdepodobnú.


Ak existujú tieto subatomárne častice, mohli by vyriešiť dve základne hádanky fyziky častíc: Zdroj temnej hmoty, ktorý vypĺňa galaxie neviditeľnou hmotou  a dôvod  prečo interakcie medzi kvarkami – (časticami, ktoré tvoria protóny a neutróny) vykazujú známky supersymetrií (CP symetria) a ostatné interakcie medzi bežnými časticami nie.

Teraz dvaja z vedcov fyziky častíc tvrdia, že by axióny mohli vyriešiť aj tretiu hádanku, ktorá nás rovnako máta ako predošlé dve a to, prečo sa vesmír skladá väčšinou z hmoty, zatiaľ čo antihmota sa objavuje len veľmi vzácne. Títo dvaja vedci,  Raymond Co a Keisuke Harigaya tvrdia, že v počiatočnom vesmíre sa mohli axióny správať spôsobom, ktorý vytváral nadbytočné množstvo látky.

Myslia, si že pred 13,8 miliardami rokov sa z Veľkého tresku zrodilo rovnaké množstvo hmoty a antihmoty. Dnes vieme,  že pri interakcii medzi bežnou hmotou a antihmotou dochádza k tzv. anihilácii (je to proces, pri ktorom obe formy hmoty zaniknú a premenia sa na iné formy energie, buď to na častice poľa (typické fotóny) a to v súlade s rovnicou E = mc², alebo vzniknú častice hmoty a antihmoty identické s pôvodným párom.


A  pretože častice hmoty a antihmoty sa zničia, keď sa stretnú, tak by bol vesmír po Big bangu plný čistej energie. Avšak po zrode došlo k tomu, že nejaký neznámy proces mal prednosť pred antihmotou, vedci však stále nevedia aký. Niektorí vedci sa domnievajú, že na počiatku mohli karty zamiešať aj neutrína.

Raymond Co  a Harigaya prišli s teóriou, ako mohla hmota na začiatku získať prevahu. Je založená na vývoji tzv. axiálneho poľa, ktoré preniká do vesmíru podobne, ako sa elektrické pole rozširuje okolo elektrického náboja.

Sila oscilácií v tomto poli predstavuje časticu axión. Pre názornú ukážku: predstavte si plastovú fľašu, v ktorej na dne bude niekoľko malých guľatých korálok. Ak fľašou točíte tak, aby sa hýbal hlavne spodok fľaše, uvidíte ako sa koráliky presypávajú z jedného výstupku na spodku fľaše do druhého a tak ďalej. Podobné krútenie v axiónovom poli vytvára axióny. V rannom vesmíre by malo axiónové pole obrovské množstvo energie skôr, ako by sa axióny usadili v najnižšom možnom stave energie. Podobne, ako keď vám koráliky z najvyššej úrovne dna fľaše padajú do najnižšej časti (do výstupkov dna).

Model, ktorý Co a Harigaya navrhujú, predpokladá také fungovanie axiónového pola, pri ktorom by sa  koráliky nepresypávali priamo dolu po strane fľaše, ale špirálovite po stenách fľaše od hrdla až po dno. Vďaka interakciám zahrňujúcim slabú a silnú jadrovú silu by táto špirála  viedla v rannom vesmíre k vzniku väčšieho množstva hmoty ako antihmoty.

V súčasnosti hľadáme axióny  napríklad pomocou experimentu Axion Dark Matter Experiment(ADMX) v Seattli . Teória Co a Harigaya však predpovedá, že axióny by boli o niečo masívnejšie ako to, čo hľadá ADMX. Budúce experimenty, ako napríklad Medzinárodné observatórium Axion, by mohli tieto častice hľadať.



Ak existujú axióny, môžu byť nielen zdrojom tmavej hmoty (na obrázku modrá farba) v galaktických kopách, rozprestierajúcich sa celým vesmírom, ale môžu tiež vysvetliť, prečo sa náš vesmír skladá hlavne z baryónovej (bežnej hmoty), zatiaľ čo antihmota je v našom vesmíre zriedkavá.