Uno dei più grandi enigmi per ricercatori e scienziati è la formazione dell'Universo. Recentemente, l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) si è impegnata a scoprire una nuova particella nota come assione, che può, per la prima volta, fornire informazioni sugli eventi accaduti nell'Universo appena un secondo dopo il Big Bang.
In questo articolo ti diremo tutto ciò che devi sapere su assione, la particella che potrebbe spiegare il Big Bang.
Assioni e materia oscura
Inizialmente suggerito negli anni '1970 dal fisico Roberto Peccei insieme alla collega Helen Quinn, l'assione è una particella elementare che nasce da un quadro teorico destinato ad affrontare una questione all'interno della cromodinamica quantistica (QCD), la teoria che descrive le interazioni tra quark e gluoni . Questa domanda appartiene al “problema di conservazione della parità”, che indica che le caratteristiche specifiche devono rimanere inalterate dalle interazioni nucleari. L'introduzione dell'assione serve come meccanismo per ristabilire questa simmetria.
Tra le caratteristiche più notevoli dell'assione c'è la sua potenziale funzione come componente di materia oscura, che rappresenta circa il 27% della massa totale dell’universo. La materia oscura non emette luce né radioattività, rendendola invisibile e osservabile solo attraverso la sua influenza gravitazionale. Se si dimostrasse che gli assioni esistono, potrebbero essere abbondanti in tutto l’universo, offrendo una giustificazione per la natura sfuggente della materia oscura in quanto particelle estremamente leggere e difficili da rilevare.
Il Big Bang e le particelle assioniche
L'esplosione primordiale conosciuta come Big Bang, che diede inizio alla formazione dell'universo, è un evento esaminato da numerosi modelli e teorie cosmologiche. Si ritiene che immediatamente dopo il Big Bang siano emerse una varietà di particelle e radiazioni. Se gli assioni esistono, potrebbero essere stati generati in numero considerevole durante questa fase iniziale, giocando un ruolo nell'evoluzione dell'universo.
La ricerca sugli assioni è importante non solo per la materia oscura, ma anche per migliorare la nostra comprensione dell'universo durante le sue fasi formative. Poiché il Big Bang ha prodotto un’ampia varietà di particelle, la possibile esistenza di assioni può fornire informazioni sull’organizzazione storica della materia e dell’energia.
Quali informazioni abbiamo sulla storia dell’Universo?
Oggi, l’analisi dello spettro elettromagnetico del fondo cosmico a microonde (CMB) ha permesso agli scienziati di risalire a quasi 14 miliardi di anni fa, al tempo in cui l’Universo si era raffreddato abbastanza da consentire ai protoni e agli elettroni di legarsi per la prima volta ha portato alla formazione di idrogeno neutro.
I fotoni rilevati nelle osservazioni del Fondo Cosmico a Microonde (CMB) furono emessi 400.000 anni dopo il Big Bang, rendendo estremamente difficile determinare la storia dell’Universo prima di questo periodo.
Tuttavia, tre ricercatori britannici hanno proposto una teoria che indica la possibile esistenza di una particella nota come assione Potrebbe essere stato emesso durante il secondo iniziale della storia dell'Universo. Sebbene questa particella rimanga ipotetica, ci sono numerose ragioni per credere che l’assione possa effettivamente esistere all’interno dell’Universo.
Cos'è esattamente un assione?
Gli assioni sono particelle fondamentali teoriche che, sebbene ancora ipotetiche, possono risolvere alcune questioni complesse nell’ambito delle teorie particellari contemporanee.
La presenza dell’assione aiuterebbe ad affrontare il problema della forte simmetria CP, che riguarda l’equilibrio tra materia e antimateria. In effetti, potrebbe fornire una spiegazione naturale per le sorprendenti somiglianze nelle proprietà della materia e dell’antimateria, offrendo informazioni sulla predominanza della materia sull'antimateria nell'universo.
Gli assioni possono fornire informazioni sulla misteriosa "materia oscura", che costituisce il 23% dell'Universo. La ricerca indica che queste particelle rappresentano uno dei candidati più promettenti per contribuire alla materia invisibile, o materia oscura, emersa poco dopo il Big Bang.
L'assione e il suo ruolo nel contesto della materia oscura
Considerando la possibilità che la materia oscura possa essere costituita da assioni generate in grandi quantità dopo il Big Bang, i ricercatori stanno lavorando diligentemente per identificare la materia oscura assionica il prima possibile.
Un articolo pubblicato su Physical Review D suggerisce che il progresso di strumenti più sensibili volti a rilevare la materia oscura potrebbe inavvertitamente portare alla scoperta di un altro indicatore di assioni, noto come CAB. Questo termine denota un assione che è analogo al Fondo Cosmico delle Microonde (CMB) ed è chiamato Fondo dell'Assione Cosmica. Tuttavia, a causa delle somiglianze nelle proprietà tra CaB e gli assioni della materia oscura, esiste il rischio che il segnale CaB possa essere liquidato come rumore in contesti sperimentali.
Per gli scienziati, l'identificazione di CaB rappresenterebbe una doppia scoperta. Non solo convaliderebbe l’esistenza dell’assione, ma offrirebbe anche alla comunità scientifica una nuova reliquia dell’Universo primordiale. Il metodo con cui è stato generato il CaB potrebbe rivelare aspetti finora sconosciuti sulla formazione e l’evoluzione dell’Universo.
Metodi per rilevare un assione
Gli esperimenti condotti dal CERN avevano lo scopo di rilevare l'assione. Un esperimento progettato per identificare la particella dell'assione prevede l'uso di cavità risonanti a microonde, calibrate per la massa dell'assione, poste all'interno di forti campi magnetici. Questa metodologia è attualmente utilizzata nell'esperimento ADMX presso l'Università di Washington e ha il potenziale per rilevare l'assione, nel caso in cui la materia oscura sia costituita interamente da assioni.
Un ulteriore metodo per rilevare gli assioni prevede l'uso di elioscopi, progettati specificamente per identificare gli assioni generati all'interno del Sole. Ciò si ottiene impiegando un potente magnete accoppiato con rilevatori di raggi X con un fondo eccezionalmente basso. Sebbene fino ad oggi non sia stata trovata alcuna prova dell’esistenza di assioni, l’esperimento CAST, che include il contributo di ricercatori dell’Università di Saragozza, ha superato i limiti astrofisici e ha aperto all’esplorazione una regione precedentemente inesplorata.