Assione

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L'assione e' una ipotetica particella elementare, proposta per spiegare l'assenza del momento di dipolo elettrico nel neutrone.

La presenza del momento di dipolo elettrico del neutrone sarebbe la conseguenza della violazione della cosiddetta simmetria CP nell'ambito dei fenomeni descritti dalla cromodinamica quantistica (ossia la teoria standard delle interazioni nucleari forti). L'assione costituisce quindi la soluzione prevista dalla teoria di Peccei-Quinn per risolvere la questione della CP forte.

Il nome assione fu scelto da Frank Wilczek, co-autore del primo articolo scientifico in cui si prediceva l'esistenza di queste particelle, dal nome di un noto detersivo diffuso negli Stati Uniti negli anni 1950.

[modifica] Perché introdurre gli assioni

Senza l'introduzione degli assioni, le equazioni della cromodinamica quantistica predicono che in alcuni casi l'interazione nucleare forte possa violare la simmetria CP. Previsione che però non è stata suffragata da osservazioni sperimentali. In questo caso, si potrebbe concludere che nelle equazioni della QCD i parametri assumano proprio queli valori tali da impedire la violazione della simmetria. Nel 1977, Roberto Peccei e Helen Quinn postularono una nuova possibile simmetria per eliminare questa coincidenza, mostrando come la simmetria CP venga rispettata naturalmente nell'ambito della cromodinamica quantistica. In seguito, Frank Wilczek e Steven Weinberg fecero notare come la nuova simmetria introdotta implicava l'esistenza di una nuova particella, che chiamarono assione.

Gli assioni dunque vennero postulati come particelle associate ad una nuova rottura di simmetria della natura, la cui conservazione è essenziale per escludere ogni possibile violazione della simmetria CP.

E' stato fatto notare che l'esistenza degli assioni è una componente necessaria anche per la teoria delle stringhe.

[modifica] Proprietà attese

Secondo queste previsoni teoriche, l'assione non ha carica elettrica, ha massa molto piccola, compresa tra 10⁻⁶ e 10⁻² eV/c², non ha spin, ed interagisce con la materia ordinaria (elettroni, protoni, ecc...) solo molto debolmente, ragione per cui è considerato una particella praticamente invisibile. Esiste la possibilità che gli assioni possano trasformarsi in fotoni e viceversa in presenza di intensi campi magnetici, e gli attuali esperimenti volti a rintracciare la presenza di queste particelle tentano di sfruttare proprio questa proprietà.

Nonostante le difficoltà di rilevazione, l'esistenza degli assioni non può essere esclusa sulla base delle osservazioni attuali. Il rilevatore CAST è attualmente in funzione per osservare gli assioni prodotti nel nucleo del Sole.

Nel marzo 2006 è stata scoperta un'inaspettata quanto piccola polarizzazione dello spin dei fotoni in un campo magnetico, per opera dell'esperimento italiano PVLAS, primo indizio sperimentale - anche se controverso - dell'esistenza degli assioni.

Nella teoria supersimmetrica l'assione possiede sia un superpartner fermionico sia un superpartner scalare, chiamati rispettivamente assino e s-assione. In alcuni modelli fisici, s-assione coincide con il dilatone.

[modifica] Implicazioni cosmologiche

Nonostante la massa prevista per gli assioni sia estremamente piccola, essi sarebbero stati prodotti in tale quantità nei primi istanti dopo il Big Bang da costituire un valido candidato per la materia oscura.

Al momento diversi esperimenti sono in corso per rivelare la eventuale presenza di questa particella e misurarne accuratamente la massa. La sua scoperta contribuirebbe a risolvere il misterioso problema della materia oscura: infatti, esso e' previsto trovarsi in vaste aggregazioni negli aloni galattici o negli ammassi di galassie.

Recenti studi hanno però escluso l'esistenza di assioni con elevate masse, e anche l'esperimento ADMX ha recentemente confermato l'assenza di assioni con masse dell'ordine dei 10^-6 eV.