Un nuevo estudio realizado para comprender mejor el origen del universo, ha proporcionado información sobre algunas de las preguntas más duraderas de la física fundamental:¿Cómo se puede ampliar el modelo estándar de física de partículas para explicar el exceso cosmológico de materia sobre antimateria? ¿Qué es la materia oscura? ¿Y cuál es el origen teórico de una simetría inesperada pero observada en la fuerza que une a los protones y neutrones?

En el artículo "Axiogénesis, "programado para ser publicado en Cartas de revisión física el 17 de marzo 2020, investigadores Keisuke Harigaya, Miembro de la Facultad de Ciencias Naturales del Instituto de Estudios Avanzados, y Raymond T. Co de la Universidad de Michigan, han presentado un caso convincente en el que el axión de la cromodinámica cuántica (QCD), teorizado por primera vez en 1977, proporciona varias respuestas importantes a estas preguntas.

"Revelamos que la rotación del axión QCD puede explicar el exceso de materia que se encuentra en el universo, ", declaró Harigaya." A este mecanismo lo llamamos axiogénesis ".

Infinitesimalmente ligero, el axión QCD, al menos mil millones de veces más ligero que un protón, es casi como un fantasma. Millones de estas partículas atraviesan materia ordinaria cada segundo sin previo aviso. Sin embargo, la interacción a nivel subatómico del axión QCD todavía puede dejar señales detectables en experimentos con sensibilidades sin precedentes. Si bien el axión QCD nunca se ha detectado directamente, este estudio proporciona combustible adicional para que los experimentadores cacen la elusiva partícula.

"La versatilidad del axión QCD para resolver los misterios de la física fundamental es realmente asombrosa, "declaró Co." Estamos encantados con las posibilidades teóricas inexploradas que puede aportar este nuevo aspecto del axión QCD. Más importante, los experimentos pronto pueden decirnos si los misterios de la naturaleza realmente apuntan hacia el axión QCD ".

Harigaya y compañía han razonado que el axión QCD es capaz de llenar tres piezas faltantes del rompecabezas de física simultáneamente. Primero, El axión QCD se propuso originalmente para explicar el llamado problema de CP fuerte:por qué la fuerza fuerte, que une protones y neutrones, conserva inesperadamente una simetría llamada simetría de paridad de carga (CP). La simetría CP se infiere de la observación de que un neutrón no reacciona con un campo eléctrico a pesar de sus componentes cargados. Segundo, Se descubrió que el axión QCD es un buen candidato para la materia oscura, ofreciendo lo que podría ser un gran avance en la comprensión de la composición de aproximadamente el 80 por ciento de la masa del universo que nunca se ha observado directamente. En su trabajo sobre el universo temprano, Harigaya y compañía han determinado que el axión QCD también puede explicar el problema de asimetría materia-antimateria.

A medida que las partículas de materia y antimateria interactúan, se aniquilan mutuamente. En la primera fracción de segundo después del Big Bang, la materia y la antimateria existían en cantidades iguales. Esta simetría impedía el predominio de un tipo de materia sobre otro. Hoy dia, el universo está lleno de materia, lo que indica que esta simetría debe haberse roto. Harigaya y compañía citan al axión QCD como el culpable. Energía cinética, resultante del movimiento del axión QCD, produjo bariones adicionales o materia ordinaria. Este ligero vuelco de la escala a favor de la materia habría tenido un pronunciado efecto de cascada, allanando el camino para el universo como se lo conoce hoy.

Una mayor comprensión de la dinámica recién descubierta del axión QCD podría cambiar potencialmente la historia de expansión del universo y, por lo tanto, informar el estudio de las ondas gravitacionales. El trabajo futuro sobre este tema también podría proporcionar una mayor comprensión de otras cuestiones perdurables de la física fundamental, como el origen de la diminuta masa de neutrinos.

"Dado que los físicos de partículas teóricos y experimentales, astrofísicos, y los cosmólogos comenzaron a estudiar el axión QCD, se ha logrado un gran progreso. Esperamos que nuestro trabajo avance más en estos esfuerzos de investigación interdisciplinaria, "añadió Harigaya.