آکسیون

اکسیون (Axion)، این نام مرموز، به ذره‌ای بنیادی و فرضی در فیزیک ذرات اطلاق می‌شود که برای حل یکی از ظریف‌ترین و در عین حال چالش‌برانگیزترین مسائل فیزیک، یعنی مشکل سی‌پی قوی (Strong CP Problem) در کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، پیشنهاد شده است. اگر بخواهیم ساده‌تر بگوییم، QCD زبانی است که نیروهای قوی هسته‌ای را توصیف می‌کند؛ همان نیروهایی که پروتون‌ها و نوترون‌ها را در هسته اتم در کنار هم نگه می‌دارند. مشکل اینجاست که مدل استاندارد ذرات بنیادی پیش‌بینی‌هایی در مورد رفتار این نیروها دارد که با آنچه در طبیعت مشاهده می‌کنیم، همخوانی ندارد. اینجاست که اکسیون وارد می‌شود، درست مثل یک کارآگاه زیرک که سرنخ‌های گمشده یک پرونده پیچیده را پیدا می‌کند!

این ذره خیالی، خصوصیات منحصر به فردی دارد: نه بار الکتریکی دارد و نه اسپین (چرخش ذاتی) آن با ذرات دیگر شبیه است و صفر است. این به این معنی است که اکسیون‌ها بسیار گریزان هستند و به سختی با ماده معمولی برهم‌کنش می‌کنند. تنها برهم‌کنش‌های شناخته شده برای آن‌ها با نیروهای گرانش و الکترومغناطیس است که همین ویژگی، کار آشکارسازی آن‌ها را به یک چالش بزرگ تبدیل کرده است. در سال ۱۹۷۷ میلادی، روبرتو پسی (Roberto Peccei) و هلن کویین (Helen Quinn) با نبوغ خود، راه حلی ظریف و زیبا برای مشکل سی‌پی قوی ارائه دادند که به مکانیزم پسی-کویین (Peccei-Quinn mechanism) معروف شد و اکسیون‌ها فرزندان این ایده درخشان هستند.

نظریه‌های کیهان‌شناسی مدرن پیش‌بینی می‌کنند که مقادیر بسیار زیادی از این ذرات گریزان، بلافاصله پس از مهبانگ (Big Bang) اولیه، تولید شده‌اند. این بدان معناست که اکسیون‌ها کاندیدای بسیار خوبی برای تشکیل ماده تاریک سرد (Cold Dark Matter) هستند. ماده تاریک، همان ماده نامرئی و مرموزی است که حدود ۲۷ درصد از جرم-انرژی کیهان را تشکیل می‌دهد و بدون آن، شکل‌گیری کهکشان‌ها و ساختارهای بزرگ کیهانی غیرممکن بود. بنابراین، اکسیون‌ها نه تنها یک مشکل کوچک در فیزیک ذرات را حل می‌کنند، بلکه ممکن است پاسخ یکی از بزرگترین معماهای کیهان‌شناسی را نیز در خود داشته باشند. به نظر می‌رسد این ذره کوچک و بی‌اهمیت، نقشی بسیار بزرگتر از آنچه تصور می‌شد، در داستان کیهان ما ایفا می‌کند!