NATURE | ملخصات الأبحاث

حساب كتلة الأكسيون اعتمادًا على الكروموديناميكا الكمية الشبكية في درجات الحرارة المرتفعة

S Borsanyi et al

Nature (2016) doi:10.1038/nature20115 | Published online | English article

خلافًا لجزء الكهربية الضعيفة في النموذج العياري لفيزياء الجسيمات، تبدو الكهروموديناميكا الكمية (QCD) متناظرة بشكل مدهش، إثر عكس الزمن. وحيث لا يوجد سبب واضح لتكون متناظرة جدًّا لهذا الحد، فإن هذه الظاهرة تطرح مشكلة نظرية، عادةً ما يُشار إليها بمشكلة CP المستعصية. يتطلب الحل الأكثر جاذبية لهذه المشكلة وجود جسيم جديد، يُسمى الأكسيون، وهو مرشح واعد لعناصر المادة المظلمة. حَدَّد الباحثون كتلة الأكسيون باستخدام الكروموديناميكا الكمية الشبكية، وذلك بافتراض أن هذه الجسيمات هي العنصر الغالب في المادة المظلمة. وتمثلت الكميات الرئيسة في الحسابات في معادلة حالة الكون، واعتمادية القابلية الطوبولوجية للكهروديناميكا الكمية على درجة الحرارة. وتلك الأخيرة يصعب جدًّا حسابها، وخصوصًا في المناطق الأكثر صلة، ذات الحرارة المرتفعة (حيث تصل إلى عدة مليارات من الإلكترون فولت)، لكن بتقسيم الفراغ إلى قطاعات مختلفة، وإعادة تعريف المحددات الفرميونية، يصبح حسابها المحكم ممكنًا. وبالتالي، فإن تنبؤنا المزدوج يساعد أغلب الحسابات الكونية على وصف تطوُّر الكون المبكر باستخدام معادلة الحالة، كما يمكن أن يكون حاسمًا في توجيه التجارب التي تبحث عن أكسيونات المادة المظلمة. وفي السنوات العديدة المقبلة، ينبغي أن يكون بالإمكان التأكيد على - أو استبعاد - أكسيونات ما بعد التضخم بشكل تجريبي، بناء على ما إذا وُجد أن كتلة الأكسيونات كما هي متوقعة من هذا البحث. ومن ناحية أخرى، تحدِّد حساباتنا في سيناريو ما قبل التضخم زاوية الأكسيون الكونية التي تتوافق مع الوضع الابتدائي للكون.