ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็พบร่องรอยของ Axion ซึ่งเป็นอนุภาคที่เข้าใจยากซึ่งไม่ค่อยมีปฏิกิริยากับสสารปกติ Axion ได้รับการคาดการณ์ครั้งแรกเมื่อกว่า 40 ปีที่แล้ว แต่ไม่เคยเห็นมาก่อนจนกระทั่งตอนนี้
นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำว่าสสารมืดซึ่งเป็นสสารที่มองไม่เห็นซึ่งแทรกซึมอยู่ในเอกภพของเรา แต่แทนที่จะค้นหาแกนสสารมืดในอวกาศรอบนอกนักวิจัยได้ค้นพบลายเซ็นทางคณิตศาสตร์ของแกนในวัสดุแปลกใหม่ที่นี่บนโลก
Axion ที่เพิ่งค้นพบใหม่นั้นไม่ได้เป็นอนุภาคอย่างที่เราเคยคิดถึงมัน: มันทำหน้าที่เป็นคลื่นของอิเล็กตรอนในวัสดุที่มีความเย็นมากซึ่งเรียกว่า semimetal แต่การค้นพบนี้อาจเป็นขั้นตอนแรกในการจัดการกับปัญหาสำคัญอย่างหนึ่งในฟิสิกส์อนุภาค
Axion เป็นตัวเลือกสำหรับสสารมืดเนื่องจากเช่นเดียวกับสสารมืดมันไม่สามารถโต้ตอบกับสสารปกติได้ การเหินห่างนี้ยังทำให้แกนอยู่หากตรวจพบได้ยากมาก อนุภาคแปลก ๆ นี้ยังสามารถช่วยไขปริศนาอันยาวนานในวิชาฟิสิกส์ที่เรียกว่า "ปัญหา CP ที่แข็งแกร่ง" ด้วยเหตุผลบางอย่างกฎของฟิสิกส์ดูเหมือนจะทำหน้าที่เหมือนกันในอนุภาคและคู่ปฏิสสารของพวกเขาแม้ว่าพิกัดเชิงพื้นที่ของพวกเขาจะกลับหัวปรากฏการณ์นี้เรียกว่าสมมาตรความเท่าเทียมกันประจุ แต่ทฤษฎีฟิสิกส์ที่มีอยู่กล่าวว่าไม่มีเหตุผลสมมาตรนี้ ที่มีอยู่ สมมาตรที่ไม่คาดคิดสามารถอธิบายได้โดยการมีอยู่ของเขตพิเศษ การตรวจจับแกนจะพิสูจน์ได้ว่าสนามนี้มีอยู่แล้วโดยไขปริศนานี้
เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าอนุภาคที่เป็นกลางและน่ากลัวนั้นแทบจะไม่โต้ตอบกับวัตถุธรรมดาพวกเขาจึงสันนิษฐานว่าจะตรวจจับได้ยากโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีอยู่ ดังนั้นนักวิจัยจึงตัดสินใจลองบางสิ่งบางอย่างลงสู่พื้นโลกโดยใช้วัสดุแปลก ๆ ที่เรียกว่าสสารควบแน่น
การทดลองเรื่องสั้นแบบเดียวกับที่นักวิจัยดำเนินการถูกนำมาใช้เพื่อ "ค้นหา" อนุภาคที่ทำนายได้ยากในหลายกรณีที่รู้จักกันดีรวมถึงของ Majorana fermion อนุภาคไม่ถูกตรวจพบในความรู้สึกปกติ แต่กลับพบว่าเป็นการสั่นสะเทือนแบบรวมในวัสดุที่ทำหน้าที่และตอบสนองอย่างที่อนุภาคต้องการ
“ ปัญหาที่เกิดขึ้นกับการสำรวจอวกาศก็คือคุณไม่สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมในการทดลองของคุณได้เป็นอย่างดี” โยฮันเนสเกอ ธ ผู้ร่วมเขียนการศึกษากล่าว "คุณรอให้เหตุการณ์เกิดขึ้นและพยายามตรวจสอบฉันคิดว่าหนึ่งในสิ่งที่สวยงามในการนำแนวคิดฟิสิกส์พลังงานสูงเหล่านี้มาเป็นเรื่องย่อคือคุณสามารถทำได้จริง ๆ "
ทีมวิจัยได้ทำงานกับ Weyl semimetal ซึ่งเป็นวัสดุพิเศษและแปลกที่อิเล็กตรอนทำตัวเหมือนไม่มีมวลไม่โต้ตอบกันและแบ่งออกเป็นสองประเภท: มือขวาและมือซ้าย คุณสมบัติของการเป็นทางขวาหรือทางซ้ายเรียกว่า chirality chirality ใน Weim semimetals ได้รับการอนุรักษ์ซึ่งหมายความว่ามีอิเล็กตรอนที่ถนัดซ้ายและขวาจำนวนเท่ากัน การทำให้เซมิทัลเย็นลงถึง 12 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 11 องศาเซลเซียส) ทำให้อิเล็กตรอนสามารถโต้ตอบและรวมตัวเป็นผลึกของตนเองได้
คลื่นสั่นสะเทือนที่เคลื่อนที่ผ่านผลึกเรียกว่าโฟนันส์ เนื่องจากกฎแปลก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัมบอกให้อนุภาคสามารถทำตัวเป็นคลื่นได้มีฟอนคอนบางอย่างที่มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับอนุภาคควอนตัมทั่วไปเช่นอิเล็กตรอนและโฟตอน Gooth และเพื่อนร่วมงานของเขาสังเกตุ phonons ในคริสตัลอิเล็กตรอนที่ตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเหมือนกับ axion ที่ทำนายไว้ quasiparticles เหล่านี้ยังไม่มีอนุภาคขวา - ซ้ายและจำนวนเท่ากัน (นักฟิสิกส์คาดการณ์ด้วยว่า axions จะทำลายการอนุรักษ์ chirality)
"มันสนับสนุนให้สมการเหล่านี้มีความเป็นธรรมชาติและน่าสนใจว่าพวกเขาได้รับรู้ในธรรมชาติอย่างน้อยหนึ่งสถานการณ์" นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของ MIT และ Frank Wilczek ผู้ได้รับรางวัลโนเบลซึ่งตอนแรกตั้งชื่อแกนในปี 1977 "ถ้าเรารู้ว่ามีบางอย่าง วัสดุที่โฮสต์ axions บางทีวัสดุที่เราเรียกว่า space ก็เป็นที่ตั้งของ axions ด้วยเช่นกัน Wilczek ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาในปัจจุบันได้เสนอว่าวัสดุเช่น Weyl semimetal สามารถใช้เป็น "เสาอากาศ" ในการตรวจจับ axions พื้นฐานหรือ axions ที่มีอยู่ในตัวของมันเองในฐานะอนุภาคในจักรวาล มากกว่าการสั่นสะเทือนแบบรวม
ในขณะที่การค้นหา axion ในฐานะที่เป็นอิสระ แต่อนุภาคเดียวจะดำเนินต่อไปการทดลองเช่นนี้จะช่วยให้การทดลองตรวจจับแบบดั้งเดิมมากขึ้นโดยการ จำกัด และประเมินคุณสมบัติของอนุภาคเช่นมวล สิ่งนี้ช่วยให้นักคิดคนอื่น ๆ มีความคิดที่ดีขึ้นว่าจะหาอนุภาคเหล่านี้ได้ที่ไหน นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการมีอยู่ของอนุภาคเป็นไปได้
"ทฤษฎีแรกเป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์" Gooth กล่าว “ และความงามของการทดลองทางฟิสิกส์แบบสสารควบแน่นคือเราสามารถแสดงให้เห็นว่าคณิตศาสตร์ประเภทนี้มีอยู่ในธรรมชาติอยู่แล้ว”
