Para saintis akhirnya mendapati jejak paksi, zarah sukar difahami yang jarang berinteraksi dengan perkara biasa. The axion pertama kali diramalkan lebih dari 40 tahun lalu tetapi belum pernah dilihat hingga sekarang.
Para saintis telah mencadangkan bahawa perkara gelap, perkara yang tidak kelihatan yang meresap alam semesta kita, boleh dibuat daripada paksi-paksi. Tetapi bukannya mencari persilangan bahan gelap di dalam angkasa luar, penyelidik telah menemui tandatangan matematik dari axion dalam bahan eksotik di sini di Bumi.
Persilangan yang baru ditemui bukanlah zarah yang biasa kita fikirkan: Ia bertindak sebagai gelombang elektron dalam bahan supercooled yang dikenali sebagai semimetal. Tetapi penemuan ini dapat menjadi langkah pertama dalam menangani salah satu masalah utama yang tidak dapat diselesaikan dalam fizik zarah.
The axion adalah calon untuk perkara gelap, kerana, sama seperti perkara gelap, ia tidak boleh benar-benar berinteraksi dengan perkara biasa. Kesopanan ini juga menjadikan axion itu, jika wujud, sangat sukar untuk dikesan. Partikel aneh ini juga boleh membantu menyelesaikan teka-teki lama dalam fizik yang dikenali sebagai "masalah CP yang kuat." Untuk sebab tertentu, undang-undang fizik seolah-olah bertindak sama pada zarah dan rakan antimatter mereka, walaupun koordinat spatial mereka terbalik. Fenomena ini dikenali sebagai simetri cas-pariti, tetapi teori fisika yang sedia ada mengatakan tidak ada sebab untuk simetri ini wujud. Simetri yang tidak dijangka dapat dijelaskan dengan kewujudan bidang khusus; mengesan axion akan membuktikan bahawa bidang ini wujud, menyelesaikan misteri ini.
Kerana saintis percaya bahawa zarah hantu, neutral hampir tidak berinteraksi dengan perkara biasa, mereka menganggap bahawa ia akan menjadi sukar untuk mengesan dengan menggunakan teleskop ruang sedia ada. Oleh itu para penyelidik memutuskan untuk mencuba sesuatu yang lebih rendah ke Bumi, menggunakan bahan aneh yang dikenali sebagai bahan pekat.
Eksperimen-perkara yang diperkuat seperti satu penyelidik yang dijalankan telah digunakan untuk "mencari" zarah-zarah yang diramalkan sukar difahami dalam beberapa kes yang terkenal, termasuk fana-fana utama. Zarah-zarah tidak dikesan dalam erti kata biasa, tetapi sebaliknya ditemui sebagai getaran kolektif dalam bahan-bahan yang berkelakuan dan bertindak balas dengan tepat seperti zarah itu.
"Masalah dengan melihat ruang angkasa ialah anda tidak boleh mengawal persekitaran eksperimen anda dengan baik," kata Johannes Gooth, pakar fizik kajian di Institut Max Planck untuk Fizik Kimia Pepejal di Jerman. "Anda menunggu peristiwa yang berlaku dan cuba untuk mengesannya. Saya fikir salah satu perkara yang menarik untuk mendapatkan konsep fizik tenaga tinggi ini dalam perkara yang terkondensasi ialah anda boleh melakukan lebih banyak lagi."
Pasukan penyelidik bekerja dengan semimetal Weyl, bahan khas dan aneh di mana elektron berkelakuan seolah-olah mereka tidak mempunyai massa, tidak berinteraksi antara satu sama lain dan dibahagikan kepada dua jenis: tangan kanan dan kidal. Harta yang menjadi hak atau tangan kiri disebut kesejahteraan; Kesejahteraan dalam semimetra Weyl dipelihara, bermakna terdapat bilangan elektron kanan dan tangan yang sama. Penyejukan semimetal hingga 12 darjah Fahrenheit (minus 11 darjah Celsius) membolehkan elektron berinteraksi dan membebaskan diri mereka menjadi kristal mereka sendiri.
Gelombang getaran yang bergerak melalui kristal dipanggil fonon. Memandangkan undang-undang aneh mekanik kuantum menentukan bahawa zarah juga boleh berkelakuan sebagai gelombang, terdapat fonon tertentu yang mempunyai sifat yang sama dengan zarah kuantum biasa, seperti elektron dan foton. Goth dan rakannya memerhatikan fonon dalam kristal elektron yang bertindak balas terhadap medan elektrik dan magnetik sama seperti paksi-paksi yang diramalkan. Quasipartikel ini juga tidak mempunyai bilangan zarah kanan dan tangan yang sama. (Pakar fizik juga meramalkan bahawa axions akan memecahkan pemuliharaan kesejahteraan.)
"Ia menggalakkan bahawa persamaan-persamaan ini adalah semulajadi dan menarik bahawa mereka disedari secara semulajadi dalam sekurang-kurangnya satu keadaan," kata ahli fizik teori MIT dan pemenang Hadiah Nobel Frank Wilczek, yang asalnya bernama axion pada tahun 1977. "Jika kita tahu bahawa terdapat beberapa bahan-bahan yang menjadi tuan rumah, mungkin, bahan yang kita sebut ruang juga menyerupai rumah. " Wilczek, yang tidak terlibat dalam kajian semasa, juga mencadangkan agar bahan semacam Weyl semestinya boleh digunakan sebagai sejenis "antena" untuk mengesan asumsi asas, atau paksi yang ada di dalamnya sendiri sebagai zarah di alam semesta, bukannya sebagai getaran kolektif.
Walaupun pencarian untuk axion sebagai zarah bebas tunggal akan berterusan, eksperimen seperti ini membantu lebih banyak eksperimen pengesanan tradisional dengan menyediakan batasan dan anggaran sifat zarah, seperti massa. Ini memberikan eksperimental yang lain idea yang lebih baik di mana untuk mencari zarah-zarah ini. Ia juga menunjukkan dengan jelas bahawa kewujudan zarah itu mungkin.
"Teori pertama adalah konsep matematik," kata Gooth. "Dan keindahan percubaan fizik perkara yang dipeluwap ini adalah bahawa kita dapat menunjukkan bahawa jenis matematik semacam itu wujud sama sekali."
