Aksjon

Aksjon to hipotetyczna cząstka subatomowa, która została zaproponowana w 1977 roku w teorii Peccei–Quinn w celu wyjaśnienia zachowania symetrii CP w oddziaływaniach silnych, co obejmuje między innymi brak obserwowalnego momentu dipolowego neutronu. Aksjony nie mają ładunku elektrycznego ani spinu.

Podobnie jak neutrina, aksjony są trudne do bezpośredniego zaobserwowania. Jeżeli te cząstki rzeczywiście istnieją, ich detekcja może być możliwa dzięki zjawisku znanemu jako efekt Primakoffa.

Aktualne teorie przewidują, że masa aksjonu wynosi od 10⁻³ do 10⁻² eV/c².

Nazwę „aksjon” wprowadził Frank Wilczek, inspirowany marką proszku do prania.

Aksjony w kosmologii

Jeśli aksjony rzeczywiście istnieją, mogą stanowić element ciemnej materii, zarówno w formie gorącej, jak i zimnej. Istnieje możliwość, że są one pozostałością po Wielkim Wybuchu.

Aksjony pochodzące z gwiazd są szczególnie interesujące, ponieważ mogą wpływać na proces „starzenia się” tych obiektów, odprowadzając z nich energię. Foton, który powstaje w wnętrzu gwiazdy, potrzebuje od 10 000 do 170 000 lat (w przypadku fotonu z Słońca), aby wydostać się na zewnątrz, co jest efektem ciągłych zderzeń z materią gwiazdy. W takich gęstościach fotony nie zachowują się jak cząstki wolne, co odróżnia je od neutrin i aksjonów. Dotychczas nie zaobserwowano przyspieszonej ewolucji gwiazd, która mogłaby być spowodowana przez aksjony. Obserwacje wybuchu supernowej SN 1987A również nie wskazały na znaczący wpływ tych cząstek na starzenie się gwiazd, co prowadzi do niskiej górnej granicy masy aksjonów. Im większa masa, tym silniej oddziałują z otoczeniem, co zwiększa ich wpływ. Dolna granica masy została natomiast ustalona w kontekście ich znaczenia kosmologicznego; aksjony o masie poniżej 0,001 eV/c² nie miałyby istotnego wpływu na średnią gęstość Wszechświata.

Foton może zamieniać się w aksjon, co może wyjaśniać zjawisko pociemnienia odległych supernowych, które obecnie tłumaczone jest przyspieszaniem ekspansji wszechświata.

Propozycja dotycząca aksjonów również może rozwiązywać problem litu, czyli rozbieżność między teoretyczną a rzeczywistą ilością litu-7 we wszechświecie.

Masa aksjonów może być różna w zależności od ich źródła. W wczesnym wszechświecie powstawały aksjony o niskiej masie, natomiast w gwiazdach mogą tworzyć się aksjony bardziej masywne.

Aksjony mogą oddziaływać grawitacyjnie. Teoretyczne przewidywania wskazują, że aksjony uwięzione w halo galaktycznym mają średnią gęstość wynoszącą 5·10⁻²⁵ g/cm³, co sugeruje ich średnią ilość na poziomie około 10¹³ aksjonów na cm³.

Fizyka cząstek elementarnych

W teoriach supersymetrycznych superpole chiralne tworzą zespolone pole skalarne i pole fermionowe. Ponieważ pole aksjonu jest rzeczywiste, powinien mu towarzyszyć saksjon (saksino), który reprezentowałby część urojoną pola zespolonego, gdzie aksjon byłby częścią rzeczywistą. Aksino może być najlżejszą cząstką supersymetryczną.

Istnienie aksjonów o odpowiedniej masie może tłumaczyć anomalny magnetyczny moment dipolowy mionu.