素粒子物理学の標準モデルの素粒子は、4 つの基本的な力のうち 3 つを記述するために使用されますが、ほとんど解明されていません。このモデルは、素粒子とも呼ばれるすべての亜原子粒子を分類します。特に、基本的なフェルミオンには、6 種類のクォーク、6 種類のレプトン (電子もその 1 つ) が含まれます。基本的なボソンには、ヒッグス粒子 (「神の粒子」としても知られています)、電磁気学を表す光子、強い力を表すグルーオン、弱い力を表す W ボソンと Z ボソンが含まれます。科学者たちはまた、「アクシオン」と呼ばれる新しい未発見の粒子が現代物理学の多くの謎を解く可能性があると提案しています。
中性子星はアクシオン粒子を「噴き出し」、神秘的な空間を作り出すと言われています。アクシオンは、検出が困難な弱い力で物質と相互作用し、「不可視」になると考えられています。もしアクシオンが本当に存在するなら、中性子星の近くに集まってマントルのように優しく輝くかもしれない。科学者たちは、アクシオンの潜在的な用途や用途を見つけ出すことを期待して、アクシオンをより良く測定し、理解することに取り組んでいます。
アクシオンの研究は、素粒子物理学と天文学の分野に新たな境地を押し広げました。これらの発見は、アクシオンをより深く理解するのに役立つだけでなく、この粒子を検出して理解するための新しい方法を開きます。 Physical Review X に掲載されたこの研究は、アクシオンと素粒子物理学の発見と理解における新たな一歩を示しています。
私たちが知っている 4 つの基本的な力のうち 3 つを説明する素粒子物理学の標準モデルの素粒子は、まだ不完全です。
このモデルは、素粒子とも呼ばれるすべての亜原子粒子を分類します。モデル内の粒子は、6 種類のクォーク、6 種類のレプトン (電子もそのうちの 1 つ) で構成される基本的なフェルミオンに分割されます。基本的なボソンには、ヒッグス粒子 (「神の粒子」としても知られています)、電磁気学を表す光子、強い力を表すグルーオン、弱い力を表す W ボソンと Z ボソンが含まれます。
素粒子の標準模型 – 写真: Wikimedia Commons。
理論的には、まだ発見されていない粒子が少なくとももう 1 つあります。科学者はそれを「アクシオン」粒子と呼んでいます。宇宙にアクシオンが存在することを証明できれば、科学は今も学術界を悩ませている多くの困難な問題を解決することに成功し、暗黒物質の種類の一つに名前を付けることさえできるだろう。
そして専門家によれば、中性子星がこれらのアクシオン粒子を宇宙に「吐き出している」可能性があり、研究者らはそれらを測定できることを期待しているという。科学者たちは、アクシオンの質量など、アクシオンの性質や性質の一部を知ることができると期待しています。
1970 年代以来、物理学の著名な人々はアクシオンが存在することを示唆しています。ニュートリノに少し似ており、弱い力で他の物質と相互作用すると考えられているため、検出が困難です。
アクシオンが特定の質量範囲で存在する場合、専門家は、その挙動が暗黒物質に似ており、重力の神秘的な効果に寄与していると予測できます。
理論的には、アクシオンは十分に強い磁場に置かれるとすぐに光子のペアに崩壊し、これによりアクシオンは「見えなくなります」。これに基づいて、科学者たちは、ある地域に強い磁場と説明できない量の光がある場合、そこでアクシオンが崩壊したばかりである可能性が高いと示唆しています。
中性子星はアクシオン粒子を「噴出」していると考えられている – イラスト: NASA のゴダード宇宙飛行センター。
中性子星は非常に強い磁場があることで有名です。本質的には、超新星爆発を起こした後に崩壊して高温の非常に密度の高い物質の塊となり、原子と同様に動作しますが、大きさは数十キロメートルです。
中性子星から発せられる磁場は地球の磁場の数億倍も強く、生命を絶滅させるほどの強さです。
クェーサー (パルサー) と呼ばれる中性子星の別の変種は、非常に高い回転速度を持ち、回転するとクェーサーの極から強力な電波ビームが放出されます。科学者たちはこれらのビームを灯台から発せられる光と比較し、将来の旅行のための「宇宙灯台」としてクエーサーを使用することさえ提案しています。
クエーサーのイラスト – 写真: ICRAR/アムステルダム大学)
昨年、アムステルダム大学の物理学者ディオン・ノルドハウスは、クエーサーが最大で以下のものを作り出すことができることを示唆する報告書を発表した。 毎分50個以上のアクシオン粒子 。そして、これらの神秘的な粒子が星から離れると、強力な磁場を通って移動し、光子に変わります。これにより、クエーサーは通常よりも明るくなります。
一部のクエーサーを分析した際、研究者らは過剰な光を検出しませんでした（前述したように、ここではアクシオンが崩壊しないことが証明されています）。しかし、これはアクシオンがクエーサーの周囲に存在しないことを裏付けるものではなく、おそらくアクシオンからの信号を不明確にする何らかの制限があるのでしょう。
上記の研究の次の部分では、科学者たちは、このような強い磁場に閉じ込められたアクシオンが信号を放射すると判断しました。おそらく何百万年という時間の経過とともに、アクシオンはクエーサーの近くに集まり、中性子星と並んで存在し、同時に星の表面を覆う膜のように優しく輝きます。
もしこれらのアクシオン雲が本当に存在するなら、大多数の中性子星に現れるでしょう。また、それらは検出可能な信号を生成するのに十分な密度になります。
現在までのところ、科学はそれらがどのような信号を発することができるのかまだわかっておらず、考えられる仮説は 2 つだけです。まず、アクシオン雲は、クェーサーの電波スペクトル内に位置する、アクシオンの質量に対応する周波数を持つ連続信号を放出します。質量数が何であるかはわかりませんが、スペクトル限界からある程度の初期推定値を得ることができます。
2番目の可能性は、中性子星が死ぬときに信号が現れ、爆発して放射が止まるというものです。当然のことながら、このプロセスは通常数億年続きますが、天文学者はそのような中性子星を発見していません。専門家によれば、この可能性はより現実的です。
アクシオン粒子を特定する要因となる過剰光については、中性子星の周囲に実際にアクシオン雲が存在することを示す痕跡はまだ発見されていない。ただし、これは研究者がアクシオンが形成される限界を知るのに役立ちます。
これらの研究は、天文学が謎の粒子をより深く理解するのに役立ち、アクシオン（アクシオンが実際に存在する場合）の検出と測定に役立つ新しい指標と新しい方法を提供します。
この研究は、 物理的レビュー X 。
サイエンスアラートによると
