אקסיון

אקסיון הוא חלקיק יסודי (אלמנטרי) היפותטי, שקיומו משוער כפתרון לבעיית שבירת הסימטריה החזקה CP (עולם בעל סימטריית CP יכיל כמויות שוות של חומר ואנטי חומר אך היקום מכיל כמות גדולה בהרבה של חומר מאשר של אנטי-חומר). לפי התאוריה, מסתו היא בין 10 − 5 {\displaystyle 10^{-5}} לבין 10 − 3 {\displaystyle 10^{-3}} (eV/c2), מטענו 0 והספין שלו 0. ההשערה לקיומו של חלקיק זה הועלתה ב-1977 על ידי רוברט פסיי והלן קווין. אם אקסיונים אכן קיימים ויש להם מסה נמוכה בתוך טווח מסוים, הם יכולים להוות רכיב תאורטי של חומר אפל קר, ביחד עם חלקיקי Wimps וגופי הילה קומפקטיים מסיביים (אנ'). בשנת 1977 רוברט פסיי והלן קווין העלו את הפתרון כי אקסיונים הם אלו אשר נותנים תשובה לבעיית שבירת הסימטריה החזקה CP. ב-1983 התאים פייר סיקיבי את משוואות מקסוול לאקסיונים והראה כי ניתן לזהות אקסיונים על כדור הארץ על ידי הפיכתם לפוטונים בעזרת שדה מגנטי חזק. ניסוי ADMX (אנ') מנסה למצוא אקסיונים בשיטה זו. ישנם ניסוים רבים אשר מנסים להוכיח את קיומם והשפעותיהם של אקסיונים, ביניהם: הניסוי האיטלקי, PVLAS, אשר מנסה למצוא את שינוי קיטוב הגל של אור בתוך שדה מגנטי. ניסוי נוסף הוא ניסוי ה-ADMX אשר מנסה בעזרת שדה מגנטי חזק להפוך אקסיונים לפוטונים. ישנה שיטה שונה לגילוי אקסיונים בה מנסים להפוך פוטונים לאקסיונים. ניסויים כגון GammeV, ALPS-I, ALPS-II, QSQAR ניסו לגלות אקסיונים בשיטה זו אך ללא הצלחה עד כה. בשנת 2014 דווח כי קיימת אפשרות כי זיהו שינוי בין העונות השונות בקרינת הרנטגן המגיעה מהשמש אל כדור הארץ, משערים כי שינוי זה נגרם בגלל השפעת השדה המגנטי של כדור הארץ על האקסיונים אשר מגיעים מהשמש. במחקר שארך 15 שנה, קבוצת מחקר מאוניברסיטת לסטר ראתה כי אכן קיימים שינויים בקרינת הרנטגן המגיעה אל כדור הארץ אך לא היה להם הסבר תאורטי מקובל. אחד ההסברים האפשריים להסבר תופעה זו היא גרימת השינויים על ידי אקסיונים בשמש. בשנת 2016, קבוצה מ-MIT נתנה דרך חדשה לגילוי אקסיונים בה אמורים לצפות ברעד אשר מתקשר למסתו של האקסיון. תאוריה אחת של אקסיון הקשורה לקוסמולוגיה שיערה שלאקסיון יהיה מטען חשמלי 0, מסה מאוד קטנה (פי מיליון קטנה מזו של האלקטרון) ואינטראקצית חתך הפעולה נמוכה עבור כוחות חזקים וחלשים. בגלל תכונותיהם של האקסיונים, הם מבצעים אינטראקציה מינימלית עם חומר רגיל. בשדה מגנטי אקסיונים יהפכו לפוטונים ולהפך. בתיאורית הסופר-סימטריה לאקסיון יש גם שותף-על שהוא סקלר (אנ') וגם שותף-על שהוא פרמיון. שותף העל הפרמיוני של האקסיון נקרא אקסינו, שותף העל הסקלרי נקרא סקסיון או דילטון. כל שותפי העל מקובצים בסופר-שדה-כיראלי. קיימת תאוריה שאומרת כי האקסיון נוצר בכמות גדולה מאוד בזמן המפץ הגדול. מכיוון שנוצרה כמות כה גדולה, דבר זה יכול להסביר את בעיית החומר האפל בפיזיקה קוסמולוגית. עדיין לא הוכח כי אקסיונים הם אלו אשר מסבירים את בעיית החומר האפל. בנוסף לכך, יכולה להיות לאקסיונים השפעה על הכבידה בין גלקסיות. שבירת סימטריית CP חומר אפל Axion Dark Matter Experiment (אנ') Peccei, R. D.; Quinn, H. R. (1977). "CP Conservation in the Presence of Pseudoparticles". Physical Review Letters. 38 (25): 1440–1443. Bibcode:1977PhRvL..38.1440P. doi:10.1103/PhysRevLett.38.1440. Peccei, R. D.; Quinn, H. R. (1977). "Constraints imposed by CP conservation in the presence of pseudoparticles". Physical Review. D16 (6): 1791–1797. Bibcode:1977PhRvD..16.1791P. doi:10.1103/PhysRevD.16.1791. Weinberg, Steven (1978). "A New Light Boson?". Physical Review Letters. 40 (4): 223–226. Bibcode:1978PhRvL..40..223W. doi:10.1103/PhysRevLett.40.223. מדיה וקבצים בנושא אקסיון בוויקישיתוף אקסיון באתר nature (באנגלית) חומר אפל, באתר סיינטיפיק אמריקן ישראל חומר אפל באתר הידען טלסקופ אקסיונים (אורכב 14.03.2017 בארכיון Wayback Machine) באתר CAST (אורכב 14.03.2017 בארכיון Wayback Machine) (באנגלית)