La variation de la forme du CaB en fonction de l'énergie et de la densité peut être observée pour quatre scénarios différents pour sa production. Trouver l'un d'entre eux aiderait à répondre aux questions fondamentales énumérées. Crédit :Dror et al.
Trouver l'axion hypothétique des particules pourrait signifier découvrir pour la première fois ce qui s'est passé dans l'Univers une seconde après le Big Bang, suggère une nouvelle étude publiée dans Examen physique D le 7 juin.
Jusqu'où pouvons-nous remonter dans le passé de l'Univers aujourd'hui ? Dans le spectre électromagnétique, les observations du fond diffus cosmologique (communément appelé CMB) nous permettent de remonter à près de 14 milliards d'années jusqu'au moment où l'Univers s'est suffisamment refroidi pour que les protons et les électrons se combinent et forment de l'hydrogène neutre. Le CMB nous a beaucoup appris sur l'évolution du cosmos, mais les photons dans le CMB ont été libérés 400, 000 ans après le Big Bang, ce qui rend extrêmement difficile l'apprentissage de l'histoire de l'univers avant cette époque.
Pour ouvrir une nouvelle fenêtre, un trio de chercheurs théoriques, y compris Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), chercheur principal, Université de Californie, Berkeley, Professeur de physique MacAdams et chercheur principal du laboratoire national Lawrence Berkeley Hitoshi Murayama, Lawrence Berkeley National Laboratory chercheur en physique et Université de Californie, Berkeley, boursier postdoctoral Jeff Dror (maintenant à l'Université de Californie, Santa Cruz), et Nicholas Rodd, chercheur à l'UC Berkeley Miller, regardé au-delà des photons, et dans le domaine des particules hypothétiques appelées axions, qui a pu être émis dans la première seconde de l'histoire de l'Univers.
Dans leur papier, ils suggèrent la possibilité de rechercher un axion analogue du CMB, un soi-disant fond d'axion cosmique ou CaB.
Bien qu'hypothétique, il existe de nombreuses raisons de soupçonner que l'axion pourrait exister dans notre Univers.
Pour un, les axions sont une prédiction générique de la théorie des cordes, l'un des meilleurs espoirs d'aujourd'hui pour une théorie de la gravité quantique. L'existence d'un axion pourrait encore aider à résoudre l'énigme de longue date de pourquoi nous n'avons pas encore mesuré un moment dipolaire électrique pour le neutron, un problème plus officiellement connu sous le nom de « problème de CP fort ». Plus récemment, l'axion est devenu un candidat prometteur pour la matière noire, et par conséquent, les chercheurs recherchent rapidement la matière noire axionique.
Dans leur papier, les chercheurs soulignent qu'à mesure que les expérimentateurs développent des instruments plus sensibles pour rechercher la matière noire, ils peuvent tomber sur un autre signe d'axions sous la forme du CaB. Mais comme le CaB partage des propriétés similaires avec les axions de la matière noire, il y a un risque que les expériences rejettent le signal CaB sous forme de bruit.
Trouver le CaB sur l'un de ces instruments serait une double découverte. Non seulement cela confirmerait l'existence de l'axion, mais les chercheurs du monde entier auraient immédiatement un nouveau fossile du premier Univers. Selon la façon dont le CaB a été produit, les chercheurs pourraient en apprendre davantage sur divers aspects de l'évolution de l'Univers jamais possibles auparavant (Figure).
"Ce que nous avons proposé, c'est que, en changeant la façon dont les expériences actuelles analysent les données, nous pourrons peut-être rechercher des axions restants de l'univers primitif. Puis, nous pourrions peut-être en apprendre davantage sur l'origine de la matière noire, transition de phase ou inflation au début de l'Univers. Il existe déjà des groupes expérimentaux qui ont manifesté leur intérêt pour notre proposition, et j'espère que nous pourrons découvrir quelque chose de nouveau sur l'univers primitif qui n'était pas connu auparavant, " dit Murayama.
"L'évolution de l'univers peut produire des axions avec une distribution d'énergie caractéristique. En détectant la densité énergétique de l'univers actuellement constitué d'axions, des expériences telles que MADMAX, HAYSTAC, ADMX, et DMRadio pourrait nous donner des réponses à certaines des énigmes les plus importantes de la cosmologie, tel que, « À quel point notre univers est-il devenu chaud ? Quelle est la nature de la matière noire ? Notre univers a-t-il subi une période d'expansion rapide connue sous le nom d'inflation ? Y a-t-il déjà eu une transition de phase cosmique ? » dit Dror.
La nouvelle étude donne des raisons d'être enthousiasmés par le programme axion sur la matière noire. Même si la matière noire n'est pas constituée d'axions, ces instruments peuvent fournir une image de l'Univers quand il avait moins d'une seconde.
Cette étude a été acceptée comme « suggestion des éditeurs » dans la revue Examen physique D .
