Τα αξόνια είναι υποθετικά, εξαιρετικά ελαφρά σωματίδια που προτάθηκαν αρχικά για να εξηγήσουν γιατί ορισμένες πυρηνικές αλληλεπιδράσεις δεν παραβιάζουν τη συμμετρία του χρόνου. Παράλληλα, θεωρούνται από τους πιο ισχυρούς υποψήφιους για τη σκοτεινή ύλη, μια μορφή ύλης που δεν εκπέμπει, δεν απορροφά και δεν αντανακλά φως και μέχρι σήμερα δεν έχει παρατηρηθεί άμεσα.
Σύμφωνα με τη θεωρία, τα αξόνια δημιουργήθηκαν στο πρώιμο σύμπαν και εξακολουθούν να υπάρχουν, αλληλεπιδρώντας εξαιρετικά ασθενώς με τη συνηθισμένη ύλη.
Η μετατροπή αξονίων σε φωτόνια
Μία από τις βασικές ιδιότητες των αξονίων είναι ότι μπορούν να μετατρέπονται σε φωτόνια παρουσία ισχυρού μαγνητικού πεδίου. Αυτή η σύζευξη αξονίου-φωτονίου αποτελεί το θεμέλιο για πειραματικές αναζητήσεις σκοτεινής ύλης, καθώς επιτρέπει την έμμεση ανίχνευση σωματιδίων που διαφορετικά θα ήταν αόρατα.
Η συνεργασία QUAX και τα αλοσκόπια
Η ιταλική συνεργασία QUAX (Quest for Axions/QUaerere AXion) διεξάγει εδώ και χρόνια πειράματα αναζήτησης αξονίων στα Laboratori Nazionali di Legnaro και Laboratori Nazionali di Frascati. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν αλοσκόπια, δηλαδή συστήματα με κοιλότητες μικροκυμάτων τοποθετημένες μέσα σε ισχυρά μαγνητικά πεδία, με στόχο την ανίχνευση της εξαιρετικά μικρής ισχύος που παράγεται όταν ένα αξόνιο μετατρέπεται σε φωτόνιο.
«Η συνεργασία QUAX αναζητά ισχύ που αποτίθεται από την αλληλεπίδραση αξονίων με εικονικά φωτόνια που προέρχονται από το μαγνητικό πεδίο», εξηγούν οι ερευνητές.
Αποτελέσματα και σημασία της έρευνας
Σε πρόσφατη δημοσίευση στο Physical Review Letters, η ομάδα παρουσίασε αποτελέσματα από αναζήτηση αξονίων σκοτεινής ύλης σε περιοχή μαζών άνω των 40 microeV, η οποία μέχρι σήμερα είχε παραμείνει ανεξερεύνητη. Αν και δεν εντοπίστηκε κάποιο σήμα, το πείραμα απέδειξε τη λειτουργικότητα ενός υψηλής συχνότητας, μερικώς αυτοματοποιημένου αλοσκοπίου.
«Αν βρεθεί ίχνος αξονίου, θα έχουμε την πρώτη ένδειξη για τη φύση της σκοτεινής ύλης», σημειώνουν οι επιστήμονες, τονίζοντας ότι ακόμη και η απουσία ανίχνευσης συμβάλλει στον αποκλεισμό θεωρητικών μοντέλων και στη βαθύτερη κατανόηση του σύμπαντος.
Περισσότερες πληροφορίες: G. Sardo Infirri et al, Αναζήτηση για αξιόνια QCD μετά τον πληθωρισμό με κβαντικά περιορισμένο ρυθμιζόμενο δέκτη μικροκυμάτων, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/4dv9-72t5.
Πληροφορίες περιοδικού: Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης
