Deras svar är att en hypotetisk partikel, kallad axion, inte var så tung som man tidigare trott. Lättare axioner skulle fungera som mindre katalysator och tillåta mer materia att överleva det tidiga universum. "Anledningen till att vi har materia i universum har att göra med något exotiskt förfall av denna axionliknande partikel", säger Peter Graham, biträdande professor i fysik vid University of Texas i Austin. "Vår beräkning var att axionen var precis tillräckligt lätt för att producera lite av detta förfall och tillåta tillräckligt med materia att överleva."
Axioner är hypotetiska elementarpartiklar som förutspåddes existera som en lösning på det starka CP-problemet, vilket är ett teoretiskt pussel om varför det inte finns något elektriskt dipolmoment i neutroner. Peccei-Quinn-teorin ger ett svar som antyder att axioner existerar och att deras interaktioner tar bort neutronens elektriska dipolmoment.
Existensen av axioner har aktivt eftersträvats av fysiker, och deras massor tros variera från 10^-36 till 10^-26 elektronvolt. Axionens massa bestämmer dess inverkan på materiens utveckling i det tidiga universum. Tunga axioner skulle leda till snabba neutron-antinutronoscillationer, vilket snabbt skulle tömma materia. Lättare axioner skulle tillåta fler protoner att överleva, vilket resulterar i det materiedominerade universum vi observerar idag.
För att undersöka axionens massa och dess interaktion med fotoner utförde forskarteamet simuleringar med superdatorer vid Texas Advanced Computing Center (TACC). De utforskade ett brett spektrum av axionmassor och beräknade sannolikheten för axion-fotoninteraktioner.
Deras beräkningar visade att för en axionmassa på cirka 10^-28 elektronvolt var axion-fotonkopplingen tillräckligt stark för att inducera en tillräckligt långsam utveckling av neutron-antinutronsystemet, vilket bevarar mer materia i det tidiga universum.
Detta fynd öppnar för nya möjligheter för axionssökningar, vilket tyder på att experiment med optiska hålrum och röntgenhål kan undersöka axionsmassor nära detta område.
Studien publicerades i tidskriften Physical Review Letters och involverade ett samarbete med David Moore och Gordan Krnjaic från Kavli Institute for Cosmological Physics vid University of Chicago. Arbetet stöddes av Department of Energy, National Science Foundation och Alfred P. Sloan Foundation.
