Вероятно една непозната частица променя съдбата на цялата Вселена

Астрономите по целия свят не могат да стигнат до съгласие за това, колко бързо се разширява Вселената. Откакто Вселена се е появила от експлозия на мъничко петънце с безкрайна плътност и гравитация, тя се разширява като балон, но не с постоянна скорост – разширяването на Вселената става все по-бързо. Но точно колко бързо се разширява, предизвиква безкраен дебат. Измерванията на тази скорост на разширение от по-близки източници изглежда са в противоречие със същото измерване, направено от по-отдалечени източници. Едно от възможните обяснения е, че в общи линии във Вселената се случва нещо неизвестно, което променя скоростта на разширяване.

Едно от най-интересните предположения е, че се е появила чисто нова частица, способна да промени бъдещата съдба на целия космос.
Астрономите са измислили множество умни начини за измерване на това, което наричат „параметър на Хъбъл“, или константа на Хъбъл (обозначавана като H0). Това число представлява скоростта на разширяване на Вселената днес.

Един от начините за измерване на скоростта на разрастване на Вселената днес е да се разгледат близките супернови, експлозията на газ и прах, изстреляна от най-големите звезди във Вселената при смъртта им. Има особен вид свръхнова, която има много специфична яркост, така че можем да сравним колко ярки изглеждат и колко ярки знаем, че трябва да бъдат и да изчислим разстоянието. След това, като гледат светлината от галактиката-гостоприемник на свръхновата, астрофизиците също могат да изчислят колко бързо се отдалечава от Земята. Намествайки всички парчета от пъзела, след това може да се изчисли скоростта на разширяване на Вселената.

Но във Вселената има повече от експлодиращи звезди. Има и нещо, наречено космически микровълнов фон, което е остатъчната светлина от малко след Големия взрив, когато Вселената е била съвсем млада, само на 380 000 години. С мисии като спътника „Планк“, натоварен с картографирането на тази остатъчна радиация, учените разполагат с невероятно точни карти на този фон, които могат да бъдат използвани за получаване на точна картина на съдържанието на Вселената. И оттам може да си правят компютърни модели и да се каже каква трябва да бъде скоростта на разширяване днес – ако приемем, че основните компоненти на Вселената не са се променили оттогава.

Тези две оценки обаче, си противоречат достатъчно, за да накарат учените да се притесняват, че пропускат нещо.

Може би едното или дори и двете измервания са неправилни или непълни; много учени от двете страни на дебата разпръскват съответното количество обвинения срещу своите противници. Но ако приемем, че и двете измервания са точни, тогава имаме нужда от още нещо, което да обясни различните резултати. Тъй като едното измерване идва от много ранната Вселена, а другото идва от сравнително по-скорошно време, се поражда идеята, че може би някаква нова съставка в Космоса променя скоростта на разширяване на Вселената по начин, който учените не успяват да уловят в моделите.

И това, което доминира разширяването на Вселената днес, е мистериозно явление, което наричаме тъмна енергия. Това е страхотно име за нещо, което по принцип не разбираме. Всичко, което се знае е, че скоростта на разширяване на Вселената днес се ускорява и силата, движеща това ускорение, се нарича „тъмна енергия“.

При сравненията от младата Вселена към днешната Вселена, физиците приемат, че тъмната енергия (каквото и да е това) е постоянна. Но с това предположение се стига до настоящото противоречие, така че може би тъмната енергия все пак се променя.
Учените имат мрачно подозрение, че тъмната енергия има нещо общо с енергията, която е заключена в самия вакуум на пространство времето. Тази енергия идва от всички „квантови полета“, които проникват във Вселената.

В съвременната квантова физика всеки отделен вид частици е свързан със свое специфично поле. Тези полета се простират през цялото пространство-време и понякога парчета от тези полета на места се превръщат в частиците, които познаваме добре – като електрони, кварки и неутрино. Така че, всички електрони принадлежат към електронното поле, всички неутрино принадлежат към неутринното поле и т.н. Взаимодействието на тези полета е основа за разбирането на квантовия свят.

И независимо къде се намираме във Вселената, не можем да избягаме от квантовите полета. Дори когато не вибрират достатъчно на определено място, за да направят частица, те пак са там, вибрират и правят нормалното си „квантово нещо“. Така че тези квантови полета имат основно количество енергия, свързано с тях, дори в самия празен вакуум.

Ако искаме да използваме екзотичната квантова енергия на вакуума на пространство-време, за да обясним тъмната енергия, веднага се сблъскваме с проблеми. Когато извършваме няколко много прости, много наивни изчисления, колко енергия има във вакуума поради всички квантови полета, ние стигаме до число, което е с около 120 порядъка по-силно от това, което наблюдаваме при тъмната енергия.
От друга страна, когато опитаме някои по-сложни изчисления, завършваме с число, което е нула. Което също не е в съгласие с измереното количество тъмна енергия.

Така че независимо от всичко, наистина се опитваме да разберем тъмната енергия чрез езика на вакуумната енергия на пространство-време (енергията, създадена от тези квантови полета). Но ако тези измервания на скоростта на разширение са точни и тъмната енергия наистина се променя, тогава това може да даде представа за същността на тези квантови полета. По-конкретно, ако тъмната енергия се променя, това означава, че самите квантови полета са се променили.

В скорошна публикация в списанието arXiv, теоретичният физик Масимо Чердонио от Университета в Падуа е изчислил размера на промяната в квантовите полета, необходими за отчитане на промяната на тъмната енергия.

Ако има ново квантово поле, което е отговорно за промяната на тъмната енергия, това означава, че във Вселената има нова частица.

И количеството промяна на тъмната енергия, което е изчислил Чердонио, изисква определен вид маса на частиците, която се оказва приблизително една и съща с масата на нов вид частици, която вече е била предвидена: така наречената аксион. Физиците измислиха тази теоретична частица, за да разрешат някои проблеми с квантовото разбиране на силната ядрена сила.

Тази частица вероятно се е появила в най-ранната Вселена, но е „дебнела“ на заден план, докато други сили и частици контролират посоката на Вселената. И сега е дошъл ред на аксиона …

Въпреки тази теория, досега не сме откривали аксион, но ако тези изчисления са правилни, тогава това означава, че аксионът е там, запълвайки вселената и нейното квантово поле. Също така този хипотетичен аксион вече се забелязва чрез промяна на количеството тъмна енергия в Космоса. Може да се окаже, че въпреки че никога не сме виждали тази частица в лабораторията, тя вече променя нашата Вселена в най-големите мащаби.