Ubrzane atomske jezgre mogle bi stvarati parove aksiona, hipotetskih čestica koje neki modeli razmatraju i kao moguću sastavnicu tamne tvari. Fizičari Stefan Evans i Ralf Schützhold u radu objavljenom u časopisu Physical Review D opisuju teorijski mehanizam koji bi to omogućio. Riječ je o proračunu, a ne o eksperimentalnom rezultatu: aksioni još nisu opaženi.
Aksion je uveden kao moguće rješenje problema jake CP-simetrije, odnosno pitanja zašto jaka nuklearna sila gotovo ne narušava kombiniranu simetriju naboja i parnosti. Pojedini modeli predviđaju i da bi dovoljno dugovječni aksioni mogli činiti dio tamne tvari. Njezin gravitacijski utjecaj vidi se u kretanju galaksija i rasporedu velikih kozmičkih struktura, ali njezin sastav nije poznat. Kozmos je ranije objasnio što se zna o tamnoj tvari i njezinu utjecaju na galaksije.
Kako bi ubrzane jezgre mogle stvarati aksione
Evans i Schützhold polaze od rezultata kvantne kromodinamike, teorije jake nuklearne sile. U nuklearnoj tvari smanjuje se vrijednost kvarkovskog kondenzata, veličine kojom fizičari opisuju neka svojstva kvantnog vakuuma. Prema njihovu proračunu, zbog toga se smanjuje i efektivna masa aksiona, pa on može međudjelovati s protonima i neutronima u jezgri.
Kvantne fluktuacije aksionskog polja mogle bi, prema proračunu, izazvati Casimirovu privlačnu silu između dviju jezgri čak i kada stvarnih aksiona nema. Autori razmatraju i dinamički slučaj: ubrzane jezgre mogle bi stvarati parove aksiona.
Autori kao primjer navode ultraperiferne sudare teških iona: jezgre se pri njima mimoilaze velikom brzinom, ali bez izravnog dodira. Prema njihovu modelu, ubrzano gibanje moglo bi pobuditi aksionsko polje i dovesti do stvaranja kvantno isprepletenog para aksiona.
Istraživači proces uspoređuju s dinamičkim Casimirovim učinkom, pri kojem promjena uvjeta u kvantnom polju može dovesti do stvaranja čestica. Povezuju ga i s Unruhovim učinkom: prema toj teorijskoj predodžbi, promatrač koji se ubrzava kvantni bi vakuum doživio kao prostor ispunjen toplinskim zračenjem. Riječ je o teorijskom objašnjenju, a ne o izmjerenom signalu aksiona.
Čestice ne bi nastajale ni iz čega: energiju bi im predalo gibanje jezgri, dok kvantni vakuum označava najniže energetsko stanje kvantnog polja.
Proračun još ne potvrđuje aksione
U uvjetima koje su autori modelirali, vjerojatnost stvaranja para aksiona pri jednom mimoilaženju jezgri bila bi mala. Veći broj sudara mogao bi povećati ukupnu vjerojatnost, no za uvjete u kojima bi učinak bio izraženiji trebali bi precizniji proračuni jer se sadašnja aproksimacija ondje više ne može primijeniti.
Čak ni potvrda da takav proces stvara aksione sama po sebi ne bi dokazala da su oni sastavnica tamne tvari. Za to bi trebalo potvrditi postojanje aksiona, izmjeriti njihova svojstva i pokazati da odgovaraju onome što se o tamnoj tvari zaključuje iz astronomskih opažanja.
Rad je prvi put objavljen na poslužitelju arXiv 2024., a konačna verzija objavljena je 21. rujna 2026. u časopisu Physical Review D. Predloženi mehanizam zasad ostaje teorijski; tek bi eksperimentalna provjera pokazala može li se stvaranje aksiona opaziti.
