Leur réponse est qu’une particule hypothétique, appelée axion, n’était pas aussi lourde qu’on le pensait auparavant. Des axions plus légers agiraient comme moins de catalyseurs, permettant à davantage de matière de survivre au début de l’univers. "La raison pour laquelle nous avons de la matière dans l'univers est liée à une désintégration exotique de cette particule semblable à un axion", a déclaré Peter Graham, professeur adjoint de physique à l'Université du Texas à Austin. "Notre calcul était que l'axion était juste assez léger pour produire un peu de cette désintégration et permettre à suffisamment de matière de survivre."
Les axions sont des particules élémentaires hypothétiques dont l'existence était prévue comme solution au problème de CP fort, qui est une énigme théorique sur la raison pour laquelle il n'y a pas de moment dipolaire électrique dans les neutrons. La théorie de Peccei-Quinn offre une réponse, suggérant que les axions existent et que leurs interactions annulent le moment dipolaire électrique du neutron.
L'existence des axions a été activement étudiée par les physiciens, et on pense que leurs masses varient de 10^-36 à 10^-26 électrons-volts. La masse de l'axion détermine son impact sur l'évolution de la matière dans l'univers primitif. Les axions lourds entraîneraient des oscillations neutrons-antineutrons rapides, ce qui épuiserait rapidement la matière. Des axions plus légers permettraient à davantage de protons de survivre, ce qui donnerait lieu à l'univers dominé par la matière que nous observons aujourd'hui.
Pour sonder la masse de l'axion et son interaction avec les photons, l'équipe de chercheurs a effectué des simulations avec des superordinateurs du Texas Advanced Computing Center (TACC). Ils ont exploré une large gamme de masses d’axions et calculé la probabilité d’interactions axions-photons.
Leurs calculs ont montré que pour une masse d'axion d'environ 10^-28 électrons-volts, le couplage axion-photon était suffisamment fort pour induire une évolution suffisamment lente du système neutron-antineutron, préservant ainsi davantage de matière dans l'univers primitif.
Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour la recherche d'axions, suggérant que des expériences utilisant des cavités optiques et à rayons X pourraient permettre de sonder des masses d'axions proches de cette plage.
L'étude a été publiée dans la revue Physical Review Letters et impliquait une collaboration avec David Moore et Gordan Krnjaic du Kavli Institute for Cosmological Physics de l'Université de Chicago. Les travaux ont été soutenus par le ministère de l'Énergie, la National Science Foundation et la Fondation Alfred P. Sloan.
