SCHIMB DE IDENTITATE ÎNTRE FOTONI ȘI AXIONI ÎN SPAȚIUL COSMIC ÎNDEPĂRTAT

Ca într-un film de groază plin cu evadări și subterfugii, fotonii unor surse luminoase foarte îndepărtate, precum blazerii (cuasari asociați cu găurile negre supermasive din centrul galaxiilor eliptice gigante, printre fenomenele cele mai energetice din Univers), pot înainta în ciuda unei schimbări de identitate continue în drumul lor prin Univers. Această operațiune ar permite particulelor minuscule de lumină să scape de un inamic, pe care dacă l-ar întâlni, acesta le-ar anihila. Fenomenul este studiat de către un grup de cercetători de la Universitatea Salento, Bari, Institutul Național pentru Fizică Nucleară, Institutul Național pentru Astrofizică și SISSA grație unor noi simulări care reproduc complexitatea cosmosului mai bine ca niciodată. În mod obișnuit, fotonii cu energie foartă înaltă (razele gamma) ar trebui să intre în coliziune cu lumina de fundal emisă de galaxii transformând ansamblul într-o pereche de particule de materie și antimaterie, așa cum a fost prevăzut de Teoria Relativității. Din această cauză, sursele de raze gamma cu energie foarte înaltă ar trebui să apară mult mai puțin strălucitoare decât s-a observat în cele mai multe dintre cazuri.

O explicație posibilă pentru această anomalie surprinzătoare este că fotonii de lumină au fost transformați în particule ipotetice de interacțiune slabă, ”axionii” care, în schimb, se vor transforma în fotoni, datorită interacțiunii cu câmpurile magnetice. Cu aceste metamorfoze, o parte a fotonilor ar scăpa interacțiunii cu lumina intergalactică de fundal care, altfel, i-ar face să dispară. Importanța acestui proces este subliniată de studiul publicat în Physical Review Letters, care au recreat un model extrem de rafinat al Rețelei Cosmice, o rețea de filamente compuse din gaz și materie neagră de-a lungul Universului și câmpurilor sale magnetice. Efectele înainte menționate așteaptă acum comparația cu cele obținute experimental prin intermediul telescopului de generație nouă Cherenkov Array.

În această cercetare, prin intermediul unor simulări computerizate extrem de complexe, fără precedent, realizate la CSCS Centrul Supercomputațional din Lugano, oamenii de știință au reprodus așa-numitul Web Cosmic și câmpurile magnetice asociate cu acesta, pentru a investiga posibilitatea, avansată de teoriile anterioare, că fotonii unei surse luminoase sunt transformați în axioni, particule elementare ipotetice, prin interacțiunea cu un câmp magnetic extragalactic. Axionii ar putea fi apoi retransformați în fotoni prin interacția cu alte câmpuri magnetice. Cecetătorii Daniele Montanino, Franco Vazza, Alessandro Mirizzi și Matteo Viel explică: ”Fotonii unor corpuri luminoase dispar atunci când interacționează cu lumina extragalactică de fundal (EBL). Dar dacă, în cadrul călătoriei lor, se îndreaptă în direcția unor transformări anticipate de aceste teorii, aceasta ar explica de ce, în plus față de informația importantă dată asupra proceselor ce survin în univers, corpurile cerești îndepărtate sunt mai strălucitoare decât era de așteptat din observații terestre. Aceste modificări ar permite, de altfel, ca un număr foarte mare de fotoni să ajungă pe Terra.”

În aceste simulări realizate de oamenii de știință, datorită fotței câmpurilor magnetice prezente în filamentele Webului Cosmic, recreate prin simulări, acest fenomen de conversie ar putea să fie mult mai relevant decât au previzionat modelele anterioare: ”Simulările noastre reproduc o imagine foarte realistă a structurii cosmosului. Din ceea ce am observat, distribuția Web-ului Cosmic prevăzută de noi ar sporii probabilitatea acestor transformări.” Următorul pas în această cercetare? Pentru a compara rezultatele simulării cu informațiile experimentale obținute prin utilizarea detectoarelor Complexului de Observatoare Astronomice Cherenkov, dintre care unul este poziționat în Insulele Canare, iar celălalt în Chile, noua generație de observaotare astronomice va studia Universul prin intermediul razelor gamma de energie foarte înaltă.

Sursa: rdmag by Scuola Internationale Superiore Di Studi Avanzati
Credit foto: Source: Vazza F., Bruggen M. Gheller, C., Wang P.
Traducere și adaptare: Ciprian Crișan


Schimb de identitate între fotoni și axioni 
Versiune audio - via Ruxandra Munteanu