Bilim adamları nihayetinde, normal madde ile nadiren etkileşen zor bir parçacık olan aksyonun izlerini buldular. Aksyon ilk olarak 40 yıl önce tahmin edildi, ancak şimdiye kadar hiç görülmedi.
Bilim adamları, evrenimize nüfuz eden görünmez madde olan karanlık maddenin eksenlerden yapılabileceğini öne sürdüler. Ancak araştırmacılar, uzayda derin bir karanlık madde aksı bulmak yerine, burada Dünya'daki egzotik bir malzemede bir aksanın matematiksel imzalarını keşfettiler.
Yeni keşfedilen akson normalde düşündüğümüz gibi bir parçacık değildir: Bir semimetal olarak bilinen aşırı soğutulmuş bir malzemede bir elektron dalgası görevi görür. Ancak keşif, parçacık fiziğindeki çözülmemiş en büyük sorunlardan birini ele almanın ilk adımı olabilir.
Akson karanlık madde için bir adaydır, çünkü karanlık madde gibi, normal madde ile gerçekten etkileşime giremez. Bu uzaklaşma ayrıca, eğer varsa, aksı tespit etmeyi son derece zorlaştırır. Bu garip parçacık, "güçlü CP problemi" olarak bilinen fizikte uzun süredir devam eden bir bilmecenin çözülmesine de yardımcı olabilir. Bazı nedenlerden dolayı, fizik yasaları, uzaysal koordinatları ters çevrilse bile, parçacıklar ve onların karşımadde ortakları için aynı şekilde hareket ediyor gibi görünmektedir.Bu fenomen, yük-eşlik simetrisi olarak bilinir, ancak mevcut fizik teorisi, bu simetrinin var olmak. Beklenmedik simetri özel bir alanın varlığıyla açıklanabilir; bir aksı tespit etmek, bu alanın var olduğunu ve bu gizemi çözdüğünü kanıtlardı.
Bilim adamları, hayalet, nötr parçacığın sıradan maddelerle zar zor etkileşime girdiğine inandığından, mevcut uzay teleskoplarını kullanarak tespit etmenin zor olacağını varsaydılar. Bu yüzden araştırmacılar, yoğun madde olarak bilinen garip bir malzeme kullanarak Dünya'ya daha fazla bir şey denemeye karar verdiler.
Araştırmacıların yürüttüğü gibi yoğun madde deneyleri, majorana fermionu da dahil olmak üzere iyi bilinen birkaç vakada zor tahmin edilen parçacıkları "bulmak" için kullanılmıştır. Parçacıklar olağan anlamda algılanmaz, bunun yerine parçacığın tam olarak davrandığı ve tepki verdiği malzemelerde kolektif titreşimler olarak bulunur.
Almanya'daki Max Planck Katıların Kimyasal Fiziği Enstitüsü fizikçisi olan çalışma yazarı Johannes Gooth, "Uzay boşluğuna bakmakla ilgili deneysel ortamınızı çok iyi kontrol edememeniz." Dedi. "Bir olayın gerçekleşmesini bekliyorsunuz ve bunu tespit etmeye çalışıyorsunuz. Bence bu yüksek enerjili fizik kavramlarını yoğunlaştırılmış maddeye dönüştürmenin en güzel yanlarından biri aslında çok daha fazlasını yapabilmeniz."
Araştırma ekibi, elektronların kütlesi yokmuş gibi davrandıkları, birbirleriyle etkileşimde bulunmadıkları ve iki tipe ayrıldıkları özel ve garip bir malzeme olan Weyl semimetal ile çalıştı: sağ elle ve sol elle. Sağ veya sol elini kullanma özelliğine kiralite denir; Weyl semimetallerindeki kiralite korunur, yani eşit sayıda sağ ve sol el elektronu vardır. Semimetalin 12 derece Fahrenhayt'a (eksi 11 santigrat derece) soğutulması, elektronların etkileşmesine ve kendilerini kendi kristallerine yoğunlaştırmasına izin verdi.
Kristallerden geçen titreşim dalgalarına fonon denir. Kuantum mekaniğinin garip kanunları, parçacıkların dalga gibi davranabileceğini belirlediğinden, elektronlar ve fotonlar gibi ortak kuantum parçacıklarıyla aynı özelliklere sahip bazı fononlar vardır. Gooth ve meslektaşları, elektron kristalinde, eksenler gibi elektrik ve manyetik alanlara tepki veren fononları gözlemlediler. Bu kuasipartiküllerde eşit sayıda sağ ve sol elle partikül yoktu. (Fizikçiler ayrıca aksiyonların kiralitenin korunmasını bozacağını da tahmin ettiler.)
MIT teorik fizikçi ve aslen 1977'de aksan adını veren Nobel ödüllü Frank Wilczek, "Bu denklemlerin o kadar doğal ve zorlayıcı olmaları en az bir durumda doğada gerçekleştirilmeleri cesaret vericidir." Dedi. eksenleri barındıran malzemeler, belki uzay dediğimiz malzeme de eksenleri barındırıyor. " Mevcut çalışmaya dahil olmayan Wilczek, Weyl semimetal gibi bir malzemenin bir gün temel eksenleri veya kendi başlarına evrendeki parçacıklar olarak var olan eksenleri tespit etmek için bir tür "anten" olarak kullanılabileceğini, kolektif titreşimlerden ziyade.
Aksionun bağımsız, yalnız bir parçacık olarak araştırılması devam ederken, bunun gibi deneyler parçacığın kütle gibi özelliklerinin sınırlarını ve tahminlerini sağlayarak daha geleneksel tespit deneylerine yardımcı olur. Bu, diğer deneycilere bu parçacıkları nerede arayacakları hakkında daha iyi bir fikir verir. Ayrıca parçacığın varlığının mümkün olduğunu güçlü bir şekilde gösterir.
"Bir teori ilk olarak matematiksel bir kavramdır," dedi Gooth. "Ve bu yoğun madde fiziği deneylerinin güzelliği, bu tür bir matematiğin doğada var olduğunu gösterebilmemizdir."
