En la década de 1970, los físicos descubrieron un problema con el Modelo Estándar de física de partículas, la teoría que describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza interacciones electromagnéticas, débiles y fuertes; la cuarta es la gravedad.Mientras que la teoría predice que una simetría entre partículas y fuerzas en nuestro Universo y una versión espejo debería romperse, los experimentos dicen lo contrario.Este desajuste entre la teoría y las observaciones se denomina "el problema de CP fuerte" - CP significa Carga + Paridad.¿Cuál es el problema de la PC y por qué ha desconcertado a los científicos durante casi medio siglo?
En el modelo estándar, el electromagnetismo es simétrico bajo C conjugación de carga, que reemplaza partículas con antipartículas; P paridad, que reemplaza todas las partículas con sus contrapartes de imagen especular; y, T inversión de tiempo, que reemplaza interaccionesavanzar en el tiempo con los que retroceden en el tiempo, así como combinaciones de las operaciones de simetría CP, CT, PT y CPT. Esto significa que los experimentos sensibles a la interacción electromagnética no deberían poder distinguir los sistemas originales de los quehan sido transformados por cualquiera de las operaciones de simetría antes mencionadas.
En el caso de la interacción electromagnética, la teoría coincide muy bien con las observaciones. Como se anticipó, el problema radica en una de las dos fuerzas nucleares: "la interacción fuerte". Como resultado, la teoría permite violaciones de laoperación de simetría combinada CP reflejar partículas en un espejo y luego cambiar partícula por antipartícula tanto para la interacción débil como para la fuerte. Sin embargo, las violaciones de CP hasta ahora solo se han observado para la interacción débil.
Más específicamente, para las interacciones débiles, la violación del CP ocurre aproximadamente en el nivel de 1 en 1,000, y muchos científicos esperaban un nivel similar de violaciones para las interacciones fuertes. Sin embargo, los experimentales han buscado la violación del CP extensamente pero sin resultado.Si ocurre en la interacción fuerte, se suprime en más de un factor de mil millones 10⁹.
En 1977, los físicos teóricos Roberto Peccei y Helen Quinn propusieron una posible solución: formularon la hipótesis de una nueva simetría que suprime los términos que violan el CP en la interacción fuerte, haciendo así que la teoría coincida con las observaciones. Poco después, Steven Weinberg y Frank Wilczek:- ambos ganaron el Premio Nobel de Física en 1979 y 2004, respectivamente - se dieron cuenta de que este mecanismo crea una partícula completamente nueva. Wilczek finalmente apodó a esta nueva partícula el "axión", en honor a un popular detergente para platos con el mismonombre, por su capacidad para "limpiar" el fuerte problema de PC.
El axión debe ser una partícula extremadamente ligera, ser extraordinariamente abundante en número y no tener carga. Debido a estas características, los axiones son excelentes candidatos a materia oscura. La materia oscura constituye aproximadamente el 85 por ciento del contenido de masa del Universo, perosu naturaleza fundamental sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia moderna. Descubrir que la materia oscura está hecha de axiones sería uno de los mayores descubrimientos de la ciencia moderna.
En 1983, el físico teórico Pierre Sikivie descubrió que los axiones tienen otra propiedad notable: en presencia de un campo electromagnético, a veces deberían convertirse espontáneamente en fotones fácilmente detectables. Lo que alguna vez se pensó que era completamente indetectable, resultó ser potencialmente detectable.siempre que haya una concentración suficientemente alta de axiones y campos magnéticos fuertes.
Algunos de los campos magnéticos más fuertes del Universo rodean a las estrellas de neutrones. Dado que estos objetos también son muy masivos, también podrían atraer un gran número de partículas de materia oscura de axiones. Por eso, los físicos han propuesto buscar señales de axiones en las regiones circundantes de estrellas de neutrones. Ahora, un equipo de investigación internacional, incluido el postdoctorado Oscar Macias del Instituto Kavli para la Física y Matemáticas del Universo Kavli IPMU, ha hecho exactamente eso con dos radiotelescopios: el Telescopio Robert C. Byrd Green Bank en los EE. UU. y elRadiotelescopio Effelsberg de 100 m en Alemania.
Los objetivos de esta búsqueda fueron dos estrellas de neutrones cercanas que se sabe que tienen fuertes campos magnéticos, así como el centro de la Vía Láctea, que se estima que alberga 500 millones de estrellas de neutrones. El equipo muestreó frecuencias de radio en el rango de 1 GHz,correspondiente a masas de axiones de 5-11 microelectron-voltios. Dado que no se vio ninguna señal, el equipo pudo imponer los límites más fuertes hasta la fecha en las partículas de materia oscura de axiones de unos pocos microelectron-voltios de masa.
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Materiales proporcionado por Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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