מדענים מצאו סוף סוף עקבות מציר הציר, חלקיק חמקמק המיעט לעיתים רחוקות לאינטראקציה עם חומר רגיל. הציר צופה לראשונה לפני למעלה מארבעים שנה, אך מעולם לא נראה עד כה.
מדענים הציעו שהחומר האפל, החומר הבלתי נראה שמחלץ ליקום שלנו, עשוי להיות עשוי מצירים. אך במקום למצוא ציר של חומר אפל עמוק בחלל החיצון, גילו החוקרים חתימות מתמטיות של ציר בציר אקזוטי כאן על פני כדור הארץ.
הציר החדש שהתגלה זה לא ממש חלקיק כפי שאנו חושבים עליו בדרך כלל: הוא פועל כגל אלקטרונים בחומר מקורר-על המכונה Semimetal. אולם התגלית יכולה להיות הצעד הראשון בטיפול באחת הבעיות העיקריות הבלתי פתורות בפיזיקת החלקיקים.
הציר הוא מועמד לחומר אפל, שכן, ממש כמו חומר אפל, הוא לא יכול באמת לתקשר עם חומר רגיל. התרחקות זו גם הופכת את הציר, אם קיים, קשה ביותר לגלות. החלקיק המוזר הזה יכול גם לסייע בפתרון מצוקה ארוכת שנים בפיזיקה המכונה "בעיית ה- CP החזקה". מסיבה כלשהי, נראה שחוקי הפיזיקה פועלים זהים על חלקיקים ועל בני זוגם האנטי-חומריים, אפילו כאשר הקואורדינטות המרחביות שלהם הפוכות. תופעה זו ידועה כסימטריה מטען-זוגיות, אך תיאוריית הפיזיקה הקיימת אומרת שאין סיבה שהסימטריה הזו צריכה קיימים. את הסימטריה הבלתי צפויה ניתן להסביר על ידי קיומו של תחום מיוחד; גילוי ציר יוכיח ששדה זה קיים, ויפתר את התעלומה הזו.
מכיוון שמדענים מאמינים כי החלקיק הרפואי והנייטרלי בקושי מתקשר עם חומר רגיל, הם הניחו שקשה יהיה לאתר באמצעות טלסקופי חלל קיימים. אז החוקרים החליטו לנסות משהו יותר לכדור הארץ, באמצעות חומר מוזר המכונה חומר מרוכז.
ניסויים של חומר מעובה כמו זה שהחוקרים ערכו שימשו ל"מצאת "חלקיקים חזויים חמקמקים בכמה מקרים ידועים, כולל זה של המיגורנה פרמיון. החלקיקים אינם מתגלים במובן הרגיל, אלא נמצאים במקום כתנודות קולקטיביות בחומרים שמתנהגים ומגיבים בדיוק כפי שהיה עושה החלקיק.
"הבעיה בהתבוננות בחלל החיצון היא שאינך יכול לשלוט היטב על סביבת הניסוי שלך," אמר מחבר המחקר ג'והנס גות ', פיזיקאי במכון מקס פלאנק לפיזיקה כימית של מוצקים בגרמניה. "אתה מחכה לאירוע שיתרחש ותנסה לאתר אותו. אני חושב שאחד הדברים היפים של הכניסה של המושגים האלה של פיזיקה אנרגטית גבוהה לחומר מרוכז הוא שאתה באמת יכול לעשות הרבה יותר."
צוות המחקר עבד עם סמיל מטייל של ווייל, חומר מיוחד ומוזר בו האלקטרונים מתנהגים כאילו אין להם מסה, אינם מתקשרים זה עם זה ומחולקים לשני סוגים: ימניים ושמאליים. המאפיין של להיות שמאלי או שמאלי נקרא כיראליות; נשמרת כיראליות בחצי גמר וויל, כלומר יש מספרים שווים של אלקטרונים ימניים ושמאליים. קירור הסמי-מטאל ל -12 מעלות פרנהייט (מינוס 11 מעלות צלזיוס) איפשר לאלקטרונים לתקשר ולהתעבות לגביש משלהם.
גלי תנודות הנעים דרך גבישים נקראים פונונים. מכיוון שהחוקים המוזרים של מכניקת הקוונטים מכתיבים שחלקיקים יכולים להתנהג גם כגלים, ישנם פונונים מסוימים שיש להם אותם תכונות כמו חלקיקים קוונטיים נפוצים, כמו אלקטרונים ופוטונים. גות 'ועמיתיו צפו בפונונים בגביש האלקטרונים שהגיבו לשדות חשמליים ומגנטיים בדיוק כמו שצפויים צירים. בחלקיקים הרביעיים הללו גם לא היו מספרים שווים של חלקיקים ימניים ושמאליים. (פיזיקאים גם חזו שצירופים ישברו את שימור הכיראליות.)
"זה מעודד שהמשוואות האלה כל כך טבעיות ומשכנעות שהן מתממשות בטבע בנסיבות אחת לפחות", אמר הפיזיקאי התיאורטי של MIT וחתן פרס נובל פרנק וילצ'ק, שבמקור שמו את הציר בשנת 1977. "אם אנחנו יודעים שיש כמה כאלה חומרים המארחים צירים, ובכן, אולי החומר שאנו מכנים חלל מכיל גם צירים. " וילצ'ק, שלא היה מעורב במחקר הנוכחי, גם הציע שחומר כמו ווימ"ל עשוי להשתמש ביום אחד כמעין "אנטנה" לגילוי צירים יסודיים, או צירים שקיימים בזכות עצמם כחלקיקים ביקום, ולא כתנודות קולקטיביות.
בעוד החיפוש אחר הציר כחלקיק עצמאי, בודד יימשך, ניסויים כמו זה מסייעים לניסויי איתור מסורתיים יותר על ידי מתן גבולות לאומדן של תכונות החלקיק, כמו מסה. זה נותן לאנשי ניסויים אחרים מושג טוב יותר היכן לחפש את החלקיקים הללו. זה גם מדגים באומץ שקיומו של החלקיק אפשרי.
"תיאוריה ראשונה היא מושג מתמטי," אמר גות '. "והיופי של ניסויים אלה בפיזיקה של חומר מרוכז הוא שנוכל להראות שמתמטיקה מסוג זה קיימת בטבע בכלל."
