Bild passend formatiert. Quelle : NASA / CXC / Universität Cambridge / C. Reynolds et al.
In der Physik gibt es eine Vorstellung vom Universum - einige theoretischer als andere - dass jede Kraft, jedes Teilchen und jede Wechselwirkung in einem Netzwerk verbunden ist, das durch ein einzelnes beschrieben wird elegante Theorie . Stringtheorie ist ein beliebter Vorschlag für eine solche "Theorie von allem", und - solange es solche gibt viele Einstellungen zur Stringtheorie in der gesamten Physikgemeinschaft - es gibt nur wenige mit experimentellen Grundlagen.
Bis jetzt.
Kürzlich a neue Studie suchte nach bestimmten Teilchen, die von mehreren Modellen der Stringtheorie vorhergesagt wurden, und fand nichts, was die Glaubwürdigkeit einiger Modelle minderte Berichte phys.org.
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Axionen sind entscheidend für die Stringtheorie
Forscher der Studie suchten nach einem einzigartigen Teilchen namens "Axion". Bisher hatte noch niemand etwas entdeckt. diese Partikel von außergewöhnlich geringer Masse. Niemand wusste, über welchen Massenbereich sich diese Partikel erstrecken sollten. Obwohl die Nichtdetektion ihre theoretische Lebensfähigkeit nicht vollständig aufhebt, trifft dies einige Modelle innerhalb der Ideenfamilie kritisch Stringtheorie .
"Bis vor kurzem hatte ich keine Ahnung, wie viel Röntgenastronomen in Bezug auf die Stringtheorie auf den Tisch bringen, aber wir könnten eine wichtige Rolle spielen", sagte Christopher Reynolds von der Universität Cambridge, der die Studie leitete. "Wenn diese Teilchen schließlich entdeckt werden, würde dies die Physik für immer verändern. "
Eine wilde Eigenschaft von diesen extrem geringe Masse Teilchen sind ihre Fähigkeit, sich sporadisch in Photonen umzuwandeln sie bedeuten Licht, wenn sie sich durch Magnetfelder bewegen. Aber auch das Gegenteil: Manchmal verwandeln die Umstände Photonen wieder in Axionen. Wie oft Umwandlungen stattfinden, hängt davon abihre "Konvertierbarkeit".
Einige Wissenschaftler haben jedoch die Existenz einer breiteren Klasse von Partikeln mit extrem geringer Masse vorgeschlagen - ähnlich wie Axionen - aber flexibler.
Axion-ähnliche Partikel, die flexible Alternative
Wenn gewöhnliche Axionen bei jeder spezifischen Masse einen einzigen Konvertierbarkeitswert hätten, würden diese alternativen "axionähnlichen Partikel" einen Bereich von Konvertierbarkeitswerten bei derselben Masse anzeigen.
"Während es wie ein langer Schuß klingt, nach winzigen Teilchen wie Axionen in gigantischen Strukturen wie Galaxienhaufen zu suchen, sind sie tatsächlich großartige Orte, um nachzuschauen", sagte David Marsh, Mitautor der Studie von der Universität Stockholm in SchwedenLaut phys.org "enthalten Galaxienhaufen Magnetfelder über große Entfernungen und häufig auch helle Röntgenquellen. Zusammen erhöhen diese Eigenschaften die Wahrscheinlichkeit, dass die Umwandlung axionartiger Partikel nachweisbar ist."
Schatten werfen auf die 'Theorie von allem'
Auf der Suche nach Anzeichen einer axionartigen Partikelumwandlung bewertete das Astronomenteam mehr als fünf Tage Chandra-Beobachtungen von Röntgenstrahlen von hilflos fallendem Material in Richtung supermassives Schwarzes Loch im Zentrum des Perseus-Galaxienhaufens. Die Untersuchung der hellen Röntgenquelle durch das Team ergab ein Spektrum mit einer Empfindlichkeit, bei der Verzerrungen in Gegenwart axionartiger Partikel vorhergesagt wurden.
Da keine derartigen Verzerrungen festgestellt wurden, schlossen die Forscher das Vorhandensein der meisten Arten von axionähnlichen Partikeln im erforderlichen Massenbereich aus - ungefähr ein Millionstel eines Milliardstel eines. Elektronen Masse
Während ihre Forschung die Existenz axionartiger Teilchen nicht vollständig ausschließt, stellt dies einen "unterschätzten Tweet" der Wissenschaft dar: Fortschritte, die durch die Nichtbestätigung wissenschaftlicher Theorien erzielt werden, sind ebenso wichtig wie wenn auch weniger aufregend als positive Entdeckungenwird weniger aufregend sein, aber bedeutender, wenn Wissenschaftler das erklären COVID-19-Coronavirus ist keine Bedrohung mehr - als damals neuartiges Virus zuerst überstrichen der Planet .