Научници су коначно пронашли трагове аксоније, неухватљиве честице која ретко ступа у интеракцију са нормалном материјом. Аксија је први пут предвиђена пре више од 40 година, али никада до сада није виђена.
Научници су предложили да тамна материја, невидљива материја која прожима наш универзум, може бити направљена од аксиона. Али уместо да пронађу акцију тамне материје дубоко у свемиру, истраживачи су открили математичке потписе аксиона у егзотичном материјалу овде на Земљи.
Новооткривена аксија није баш честица онако како је нормално мислимо: делује као талас електрона у прехлађеном материјалу познатом као полумјесец. Али то откриће могао би бити први корак у решавању једног од главних нерешених проблема у физици честица.
Аксија је кандидат за тамну материју, јер, баш као ни тамна материја, она не може заиста да комуницира са редовном материјом. Ова одступност чини аксиону, ако постоји, изузетно тешку за откривање. Ова чудна честица такође би могла да помогне у решавању дугогодишње загонетке у физици познате као "јак проблем ЦП". Из неког разлога, чини се да закони физике делују исто на честице и њихове антиматеријске партнере, чак и када су им просторне координате обрнуте. Овај феномен је познат као симетрија паритета наелектрисања, али постојећа теорија физике каже да нема разлога да та симетрија мора постоје. Неочекивана симетрија може се објаснити постојањем посебног поља; откривање аксије показало би постојање овог поља и решавање ове мистерије.
Пошто научници верују да сабласна, неутрална честица једва да комуницира са обичном материјом, претпоставили су да ће то бити тешко открити употребом постојећих свемирских телескопа. Тако су истраживачи одлучили да покушају нешто више до Земље, користећи чудан материјал познат као кондензована материја.
Експерименти са кондензованом материјом, попут оног који су спровели истраживачи, коришћени су да би "пронашли" неухватљиве предвиђене честице у неколико познатих случајева, укључујући експеримент фермиона мајоране. Честице се не детектују у уобичајеном смислу, већ се уместо тога налазе као колективне вибрације у материјалима који се понашају и реагују тачно онако како би честица имала.
"Проблем са посматрањем свемира је у томе што не можете добро да контролишете експериментално окружење", рекао је суаутор студије Јоханнес Гоотх, физичар са Института Мак Планцк за хемијску физику чврстих тела у Немачкој. "Чекате да се догоди неки догађај и покушате да га откријете. Мислим да је једна од лепих ствари увођења ових концепата високоенергетске физике у кондензовану материју та што у ствари можете учинити много више."
Истраживачки тим радио је са Веиловим семиметалом, посебним и чудним материјалом у којем се електрони понашају као да немају масу, не делују међусобно и подељени су у две врсте: десничари и левичари. Својство да буду десничар или левичар зове се хиралност; хиралност у Веиловим полиметалама је сачувана, што значи да постоји једнак број десних и лево постављених електрона. Хлађење полиметала на 12 степени Фаренхеита (минус 11 степени Целзијуса) омогућило је да електрони међусобно делују и да се кондензују у властити кристал.
Таласи вибрација који пролазе кроз кристале називају се фонони. Пошто чудни закони квантне механике налажу да се честице могу понашати и као таласи, постоје одређени фонони који имају иста својства као и уобичајене квантне честице, попут електрона и фотона. Гоотх и његове колеге примијетили су фонене у кристалима електрона који су реаговали на електрична и магнетна поља тачно онако како се предвиђа. Ови квазипартикли такође нису имали једнак број честица с десне и леве стране. (Физичари су такође предвиђали да ће аксије разбити очување хиралности.)
"Охрабрује чињеница да су ове једначине тако природне и упечатљиве да се у природи реализују у најмање једној околности", рекао је теоријски физичар МИТ-а и нобеловац Франк Вилцзек, који је првотно именовао аксиону 1977. "Ако знамо да постоје неке материјали у којима се налазе аксије, па, можда, материјал који називамо и простором такође чува аксије. " Вилцзек, који није био укључен у тренутну студију, такође је сугерисао да би се материјал попут Веил семиметала једног дана могао користити као нека врста "антене" за откривање основних аксија или аксија које постоје саме по себи као честице у свемиру, а не као колективне вибрације.
Док ће се потрага за аксионом као независном, усамљеном честицом наставити, експерименти попут ове помажу традиционалнијим експериментима детекције пружајући ограничења и процене својстава честице, као што су маса. То даје другим експерименталистима бољу идеју где да траже ове честице. Такође снажно показује да је постојање честица могуће.
"Прво теорија је математички концепт", рекао је Гоотх. "И лепота ових експеримената физике са кондензованом материјом је у томе што можемо показати да таква врста математике уопште постоји у природи."
