Есть мнение, что невидимая компонента массы галактик может состоять из аксионов. Это малораспространённое мнение. Люди, в принципе, делятся на три фракции, – астрофизиков тёмную материю наблюдающих, не астрофизиков, почитающих тёмную материю «выдумкой», и прочих не астрофизиков, которым на тёмную материю наплевать. И даже в среде астрофизиков «аксионная» версия не пользуется большой популярностью. Тем не менее, некоторые читатели о ней слышали.
Следовательно, чтоб уж потом не тратить на это времени, начать стоит сразу с неважного, – с сути дела. По сути же, аксионы – элементарные (не фундаментальные) частицы, состоящие из пары кварков. И чем-то, таким образом, подобные мезонам. Как и мезоны, во всяком случае, аксионы являются составными бозонами. О бозонах уже шла речь в одной из предыдущих публикаций. Отличие бозонов от «нормальных» частиц – фермионов, в том что бозоны одного типа прозрачны друг для друга. Например, фотон без всяких последствий проходит сквозь другой фотон… То есть, если в контексте «тёмной материи» упоминаются «тёмные фотоны», речь может идти и об аксионах.
В прочих же отношениях аксионы достаточно заурядны. Они имеют небольшую – на уровне электрона – массу покоя, и в отличие от мезонов не способны к ядерному взаимодействию. Зато, способны к электромагнитному, но очень по-своему. Аксионы не имеют электрического заряда (нейтральны, как нейтроны или нейтрино). Однако, в определённых случаях они рождаются при воздействии обладающих высокой энергией фотонов на барионы (протоны и нейтроны). И в определённых же случаях аксион на два фотона распадается. Состоит он не просто из пары кварков, а из пары кварк-антикварк, которая в некий момент аннигилирует.
...То есть, суть дела в данном случае не важна. Её мало кто понял, да и этой малости описание свойств аксионов ни о чём не сказало. Ну, вот такие электрически-нейтральные частицы, не способные ни к сильному, ни к слабому взаимодействиям… А дальше что?
Дальше следуют преимущества аксионов в сравнении с рабочей гипотезой состава тёмной материи – вимпами. Обладая нужными качествами, – неуловимостью (аксион, фактически, не взаимодействует ни с чем), неспособностью к коллапсу (аксионы не взаимодействуют ни с чем, включая друг-друга), – эти частицы снимают проблемы происхождения и «остывания» тёмной материи. Если вимпы это порождение малопонятной «другой физики» работавшей в момент перехода материи из потенциальной в реальную форму – то есть сразу после Большого Взрыва – то аксионы производятся в современной вселенной. Причём, сразу «холодными» (энергия кванта уходит в массу покоя). Тёмная же материя должна быть «холодной».
Исчерпав тему достоинств, можно перейти к недостаткам, для понимания ужаса и масштаба которых придётся зайти издалека… Есть, например, такая штука, как бозон Хиггса. Знаменита эта «Богом проклятая» частица прежде всего тем, что назначенная награда за общедоступное объяснение функций данного бозона в мироздании никогда, видимо, не будет вручена. Бозон Хиггса вылез из бездн математического аппарата и благополучно материализовался, показав, что аппарат – работает. Но работает пока – так себе. Погружаясь в хитросплетения формул, интерпретировать которые способны лишь некоторые выдающиеся физики-теоретики, эти самые «некоторые», помимо «проклятой частицы», нашли там ещё и много ерунды и несостыковок. В том числе и проблему с сохранением CP-инвариантности, грубо заключающуюся в том, что замена всех частиц на античастицы не должна менять картины (а иногда получалось, что меняет). И вот для решения этой проблемы потребовался аксион.
Аксионы – бозоны, а бозоны отвечают за взаимодействия между фермионами. Соответственно, введение аксионов означает и введение пятого взаимодействия. К нему либо способны только некоторые фермионы (кварки), и тогда аксионы состоят из неких неизвестных, не входящих в стандартный набор кварков. Либо же к аксионному взаимодействию способны все кварки, при каких-то очень нетривиальных условиях.
Если проще, акисоны – гипотетические частицы, гипотеза же предполагающая их существование создана для затыкания одной из дыр ранних версий струнной модели. Модель же эта, имея огромные преимущества над Квантовой Механикой и Теорией Относительности, ныне выросла в М-теорию, но работоспособной так и не стала. «Не работающей» же считается теория, предсказания которой иногда противоречат уже известным фактам. Теоретики с этим борются, и, в принципе, уже нашли способ решения проблемы нарушения инвариантности (существующей лишь в ими же созданном математическом аппарате) меньшей кровью, нежели введение аксионов, специального взаимодействия для них и специальных же кварков, чтоб всё это как-то заработало.
Астрофизики же, в свою очередь, ищут способы регистрации аксионов. Потому что, проверить-то всё равно надо. Чтоб не вышло, как с бозоном Хиггса. Некоторые результаты наблюдений в настоящий момент можно трактовать и в рамках аксионной гипотезы. Но и не более того.