I en ny studie av axionsrörelse, forskare föreslår ett scenario som kallas "kinetisk felanpassning" som kraftigt stärker argumenten för axion/mörk materia-ekvivalens. Det nya konceptet svarar på nyckelfrågor relaterade till ursprunget till mörk materia och ger nya vägar för pågående upptäcktsinsatser. Detta jobb, publiceras i Fysiska granskningsbrev , utfördes av forskare vid Institutet för avancerade studier, Michigans universitet, och UC Berkeley.

Förekomsten av mörk materia har bekräftats av flera oberoende observationer, men dess sanna identitet förblir ett mysterium. Enligt denna studie, axionshastighet ger en viktig inblick i pusslet om den mörka materien. Tidigare forskningsansträngningar har framgångsrikt redogjort för överflöd av mörk materia i universum; dock vissa faktorer, såsom underproduktion av axioner med starkare växelverkan med vanliga ämnen, förblev outforskad.

Genom att tilldela axionfältet en initialhastighet som inte är noll, teamet upptäckte en mekanism – kallad kinetisk feljustering – som producerar mycket fler axioner i det tidiga universum än konventionella mekanismer. Rörelsen, genereras av brytning av axionsskiftesymmetrin, modifierar avsevärt den konventionella beräkningen av axion mörk materia överflöd. Dessutom, denna dynamik tillåter axion mörk materia att reagera starkare med vanlig materia, överskrider förutsägelsen av den konventionella felinställningsmekanismen.

"Den omfattande litteraturen om axion byggdes på antagandet att axionfältet initialt är statiskt i det tidiga universum, ", sade Keisuke Harigaya från Institutet för avancerade studier. "Istället, vi upptäckte att axionsfältet initialt kan vara dynamiskt som en följd av teorier om kvantgravitation med axioner. "

Två medlemmar i forskargruppen, Keisuke Harigaya och Raymond Co, tidigare utforskat begreppet axionsdynamik i studien "Axiogenesis, " som förklarade hur överskottet av materia över antimateria kan bero på en initial hastighet som inte är noll för QCD-axionsfältet. Denna studie gav också ett ramverk för att generera nya insikter i frågorna kring mörk materia.

"Denna nya kinetiska feljusteringsmekanism förutspår en axion med en större interaktionsstyrka och kan upptäckas i planerade experimentella sökningar, ", konstaterade Raymond Co vid University of Michigan. "Vår upptäckt av ny axionsdynamik öppnar således outforskade forskningsvägar för teoretisk och experimentell partikelfysik och kosmologi."

Hittills, axionen har visat sig vara otroligt mångsidig. Partikeln föreslogs ursprungligen för att lösa mysteriet om varför neutroner inte interagerar med ett elektriskt fält trots att de har laddade beståndsdelar. Tidigare IAS-professor Frank Wilczek, vem myntade termen axion, publicerade sina banbrytande fynd 1978 i Fysiska granskningsbrev medan han är medlem av Institutet för avancerade studiers School of Natural Sciences.