私たちの宇宙が数百種類のほとんど目に見えない粒子で溢れていること、そしてずっと前にこれらの粒子が宇宙にまたがるひものネットワークを形成していると言ったらどうでしょうか？
それは奇抜で素晴らしいもののように聞こえますが、実際には弦理論の予測であり、すべての理論に対する私たちの最善の（しかしイライラするほど不完全な）試みです。これらの奇妙な、仮説的ではあるが、小さな粒子はアクシオンとして知られており、それらが見つかれば、私たち全員が広大な「軸」に住んでいることを意味します。
この理論の最も優れた点は、それが単なる物理学者の肘掛け椅子の仮説ではなく、テストの可能性がないことです。この理解できないほど巨大なストリングのネットワークは、実際に構築されているマイクロ波望遠鏡で近い将来に検出される可能性があります。
見つかった場合、その軸は私たちにパズルの解明に大きな一歩を踏み出します…まあ、すべての物理学。
弦楽器の交響曲
さて、ビジネスに取り掛かりましょう。まず、アクシオンをもう少しよく知る必要があります。 1978年に物理学者（後にノーベル賞受賞者）によって名付けられたアキシオンは、ある種の対称性の破れから存在すると仮定されたため、その名前が付けられました。私は知っています、もっと専門用語です。つかまっている。物理学者は対称性が好きです-数学に特定のパターンが現れるとき。
CP対称性と呼ばれる1種類の対称性があります。これは、物質と反物質の座標が逆になったときに同じように動作する必要があることを示しています。しかし、この対称性は強い核力の理論に自然には適合しないようです。このパズルの1つの解決策は、この誤動作を「修正」する別の対称性を宇宙に導入することです。ただし、この新しい対称性は非常に高いエネルギーでのみ現れます。毎日の低エネルギーでは、この対称性は消え、それを説明するために、新しい粒子-アキシオンが飛び出します。
今、私たちは弦理論に目を向ける必要があります。これは、自然の力、特に重力のすべてを単一の理論的枠組みで統一するための私たちの試み（そして今から50数年の主な試みです）です。ストリング理論が機能するために（つまり、数学が機能することさえ期待できるために）さまざまな要因により、これは解決するのが特に厄介な問題であることが証明されています。宇宙は、通常の3次元の空間と1次元以上のものを持っている必要があります。追加の空間次元が必要です。
もちろん、これらの空間次元は肉眼では見えません。そうでなければ、私たちはそのようなことに気づいたでしょう。したがって、余分な寸法は非常に小さいものでなければならず、それらを見つけるための通常の努力を回避できるように非常に小さいスケールで自分自身に丸くなっている必要があります。
これを難しくしているのは、これらの余分な寸法がどのようにして丸まるかが正確にわからないことです。それを行うには、10 ^ 200ほどの方法が考えられます。
しかし、これらの次元配置に共通しているように見えるのは、アキシオンの存在です。これは、ストリング理論では、いくつかの丸まった次元の周りに巻き付いて行き詰まる粒子です。
さらに、ストリング理論は1つの軸索だけを予測するのではなく、強力な核力の理論的予測に現れる可能性がある軸索を含む、さまざまな質量で数百の異なる種類を潜在的に予測します。
愚かなひも
つまり、あらゆる種類の質量を持つ新しい種類の粒子がたくさんあります。すごい！アクシオンは暗黒物質を構成することができますか？それは銀河にそれらの質量のほとんどを与えることに責任があるように見えますが、通常の望遠鏡では検出できませんか？おそらく;未解決の問題です。しかし、暗黒物質としてのアクシオンは、いくつかの困難な観察テストに直面する必要があるため、一部の研究者は代わりに、アクシオンファミリーの明るい方に焦点を当て、それらを見つける方法を模索しています。
そして、それらの研究者が初期宇宙におけるこれらの羽のようなアキシオンの予測された行動を掘り始めたとき、彼らは本当に驚くべき何かを見つけます。私たちの宇宙の歴史の最も初期の瞬間に、宇宙は相転移を経て、その全体の性質をエキゾチックな高エネルギー状態から通常の低エネルギー状態に変えました。
これらの相転移の1つ（宇宙が1歳未満のときに起こった）の間、ストリング理論の軸索は粒子として現れませんでした。代わりに、それらはループとラインのように見えました-宇宙を縦横に走る軽量でほとんど見えないストリングのネットワーク。
さまざまな軽量のアキシオンストリングで満たされたこの仮想の軸は、物理学の他の理論ではなく、ストリング理論によって予測されます。したがって、私たちがaxiverseに住んでいると判断した場合、それは弦理論にとって大きな恩恵になります。
光のシフト
これらのアキシオン文字列を検索するにはどうすればよいですか？モデルは、アキシオンストリングの質量が非常に小さいことを予測しているため、光がアキシオンにぶつかって曲がらないか、またはアキシオンが他の粒子と混ざり合うことはありません。現在、天の川には何百万ものアキシオンストリングが浮かんでいる可能性があります。
しかし、宇宙は古くて大きいので、特に宇宙が逆光であることを認識したら、それを有利に利用できます。
宇宙マイクロ波背景（CMB）は、宇宙で最も古い光であり、赤ちゃんの頃（約38万歳）に放出されました。この光は何十億年にもわたって宇宙を浸し、宇宙を通過して最終的に私たちのマイクロ波望遠鏡のような何かにぶつかります。
したがって、CMBを見ると、数十億光年に相当する宇宙を通してそれがわかります。一連のクモの巣を通して懐中電灯の輝きを見るようなものです。コスモスを通るアキシオンストリングのネットワークがある場合、それらを見つけることができる可能性があります。
12月5日にarXivデータベースで公開された最近の研究では、3人の研究者が、軸がCMBライトに及ぼす影響を計算しました。彼らは、特定のアキシオンストリングの近くを少しの光が通過する方法に応じて、その光の偏光がシフトする可能性があることを発見しました。これは、CMBライト（およびすべてのライト）が電場と磁場の波でできており、光の偏光が電場の向きを示しているため、CMBライトがアクシオンに遭遇すると変化するためです。信号を特殊なフィルターに通すことでCMB光の偏光を測定できるため、この効果を確認できます。
研究者たちは、ストリングでいっぱいの宇宙からのCMBへの全体的な影響が約1％に達する偏極のシフトを引き起こしたことを発見しました。これは、今日私たちが検出できる限界に近いことです。しかし、宇宙背景放射検出（LiteBIRD）からのBモード偏光とインフレーションの研究のためのCosmic Origins Explorer、Lite（Light）衛星、およびPrimordial Inflation Explorer（PIXIE）などの将来のCMBマッパーが現在設計されています。これらの未来的な望遠鏡は、軸を探知することができます。そして、これらのマッパーがオンラインになると、私たちは軸索に住んでいるか、このストリング理論の特定の予測を除外することがわかります。
いずれにしても、もつれを解くにはたくさんあります。
ポール・M・サッター の天体物理学者ですオハイオ州立大学、 たくさんの宇宙飛行士に聞く そして宇宙ラジオ、作者宇宙でのあなたの場所.
