Παραγωγή αξιονίων με σύγκρουση έντονων δεσμών λέιζερ, προτείνουν επιστήμονες

Τα αξιόνια – υποθετικά σωμάτια που είναι πολύ ελαφρύτερα από τα ηλεκτρόνια – θα μπορούσαν να κρατούν το κλειδί για σημαντικά αινίγματα της φυσικής, από την ασυμμετρία ύλης – αντιύλης μέχρι τη φύση της σκοτεινής ύλης. Μέχρι τώρα, οι ισχυρότεροι περιορισμοί στις ιδιότητές τους, όπως η μάζα τους και το πώς συζευγνύονται με τα φωτόνια, προέρχονται από αστροφυσικές μετρήσεις που ψάχνουν για αξιόνια που παράγονται από φωτόνια που αλληλεπιδρούν με μαγνητικά πεδία στο εσωτερικό του Ήλιου. Τώρα, ο Konstantin Beyer στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στο Ηνωμένο Βασίλειο και συνάδελφοί του προτείνουν ένα πείραμα σε κλίμακα εργαστηρίου που βασίζεται στη σύγκρουση έντονων δεσμών λέιζερ. Οι ερευνητές λένε ότι, για ένα σημαντικό εύρος μαζών αξονίων, η προσέγγισή τους θα είναι τόσο ευαίσθητη όσο οι αστροφυσικές έρευνες αλλά πολύ λιγότερο εξαρτώμενη με δύσκολα να ελεγχθούν μοντέλα αστροφυσικών διεργασιών παραγωγής αξονίων.

Το σχέδιο της ομάδας είναι μια παραλλαγή της μεθόδου ανίχνευσης αξιονίων LSW (light-shining-through-a-wall). Στην μέθοδο LSW, τα αξιόνια που δημιουργούνται από μια δέσμη λέιζερ που διαδίδεται σε ένα μαγνητικό πεδίο θα είναι ανιχνεύσιμα μετά τη διέλευση μέσω τοίχου που προστατεύει τον ανιχνευτή από τα φωτόνια του λέιζερ. Το νέο σχέδιο της ομάδας χρησιμοποιεί δυο δέσμες λέιζερ, η σύγκρουση των οποίων μπορεί να παράγει αξιόνια μέσω μια διαδικασίας σκέδασης του φωτός. Μετά τη διέλευση μέσα από τον τοίχο, τα αξιόνια θα μετατρέπονται σε φωτόνια ανιχνεύσιμα από ένα μαγνητικό πεδίο.

Χρησιμοποιώντας δέσμες λέιζερ με παραμέτρους που προβλέπονται για μια προγραμματισμένη Ευρωπαϊκή εγκατάσταση που ονομάζεται Extreme Light Infrastructure, οι υπολογισμοί των ερευνητών δείχνουν ότι η μέθοδός τους θα είναι τουλάχιστον τόσο ευαίσθητη όσο και οι ηλιακές έρευνες για αξιόνια με μάζες περίπου ένα ηλεκτρονιοβόλτ. Αναφέρουν ότι το σχέδιο θα μπορούσε να βελτιωθεί με δυο τρόπους. Πρώτον, ακόμη πιο ισχυρά λέιζερ θα ενισχύσουν την ευαισθησία της ανίχνευσης, καθώς οι ρυθμοί παραγωγής του αξιονίων κλιμακώνονται μη γραμμικά με τον αριθμό φωτονίων. Δεύτερον, συντονίζοντας λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων ακτίνων-Χ θα ελέγχει ένα μεγαλύτερο εύρος πιθανών μαζών αξιονίων.