Axiogenesis: una possibile riposta ai misteri dell’universo

di Newsbot15 11—Mar—2020 / 10:26 PM

Axiogenesis è uno studio di prossima pubblicazione che potrebbe spiegare i misteri dell’origine dell’universo come la materia oscura e l’asimmetria tra materia e antimateria.

Lo studio denominato dagli stessi ricercatori Axiogenesis e che sarà pubblicato il prossimo 17 marzo sulla rivista Physical Review Letters dimostra come l’assione della cromodinamica quantistica (QCD) possa fornire risposte ai misteri dell’universo come spiegare la materia oscura, la presenza nel cosmo di più materia rispetto l’antimateria e dell’origine della forza simmetrica osservata tra protoni e neutroni.

La cronodinamica quantistica, abbreviata in QCD (Quantum Chromodynamics) è la teoria fisica moderna delle interazioni forti tra particelle elementari e delle forze nucleari. Queste interazioni si definiscono forti poiché la loro intensità è elevata in relazione alle forze corrispondenti: ad esempio nella coesione dei nuclei atomici dove le forze attrattive forti tra i neutroni e protoni del nucleo prevalgono su quelle repulsive elettromagnetiche dovute alle cariche positive dei protoni.

La teoria dipende da due parametri fondamentali il cui valore deve essere determinato sperimentalmente.

Il primo è l’intensità delle interazioni che si può considerare dell’ordine dell’unità, anche se il numero esatto dipende dalla scala di energia a cui si misura. Il secondo è quella entità che viola la simmetria di carica-parità (CP) nelle interazioni forti.

Dato che la QCD è una teoria che conserva la simmetria, questo parametro deve essere infinitamente più piccolo con dimensioni vicine allo zero.

Non essendo definito dalla teoria una grandezza, che dà solo un intervallo in cui deve essere compreso il suo momento angolare, si potrebbe pensare che questa entità possa essere dell’ordine delle unità ma, dato che la QCD è una teoria che conserva la simmetria, questo parametro deve essere infinitamente più piccolo con dimensioni vicine allo zero.

Nel 1997, Roberto Peccei e Helen Quinn proposero un modello, il meccanismo Peccei-Quinn (PQ), che implica l’esistenza di una particella spin zero e, in prima approssimazione, di massa nulla, comunemente nota come assione. Ci si rese conto anche che lo stesso fenomeno dinamico che spinge quel parametro verso lo zero genera nel vuoto una popolazione di assioni con quantità di moto nulla.

Su questo modello i ricercatori Keisuke Harigaya, della School of Natural Sciences presso l’Institute for Advanced Study, e Raymond T. Co dell’Università del Michigan, hanno costruito il loro meccanismo Axiogenesis dove la rotazione dell’assione QCD può spiegare i misteri dell’universo.

Questi assioni che dovrebbero popolare l’intero universo osservabile dovrebbero permettere di comprendere la composizione della massa dell’universo che non è mai stata osservata direttamente: la materia oscura.

L’energia cinetica degli assioni potrebbe aver portato a produrre più particelle di materia formando così quello che è l’universo conosciuto oggi.

Ma anche spiegare l’asimmetria tra materia e antimateria. Con il Big Bang si sono create quantità di materia e antimateria in uguale misura. Dato che le particelle di materia e antimateria si annichiliscono tra di loro l’intero universo sarebbe dovuto sparire subito dopo. E invece quello che osserviamo oggi è un universo composto prevalentemente da materia: uno squilibrio quindi tra materia e antimateria. L’energia cinetica degli assioni potrebbe aver portato a produrre più particelle di materia formando così quello che è l’universo conosciuto oggi.

Anche se l’assione QCD non sia mai stato rilevato direttamente, questo studio fornisce nuovi strumenti ai ricercatori per individuare questa piccola particella.