Nuove direzioni per la cosmologia degli assioni

La nostra comprensione del mondo microscopico è lontana dall'essere completa. Due importanti enigmi sono la natura della materia oscura e il problema della gerarchia. Le spiegazioni tradizionali sono state fortemente messe in discussione dagli esperimenti negli ultimi 10 anni, ed è tempo di guardare in nuove direzioni. Gli assioni (o axion-like particles, ALP) possono offrire una soluzione a entrambi i problemi. Queste sono particelle scalari leggere, originariamente introdotte per spiegare la simmetria di CP delle interazioni forti. Gli ALP sono uno dei candidati di DM meglio motivati e le loro proprietà possono spiegare una serie di problemi irrisolti in cosmologia e fisica delle particelle. Il mio progetto Montalcini si concentrerà sugli assioni in cosmologia, con il doppio obiettivo di approfondirne alcuni aspetti tecnici e spingermi in nuove direzioni.

Our understanding of the microscopic world is far from being complete. Two important puzzles are the nature of Dark Matter and the hierarchy problem (why the Higgs mass is so much smaller than the scale of quantum gravity). The leading explanations for these questions have been severely constrained by experiments in the last 10 years, and it is time to look in new directions. Axions (or axion-like particles, ALPs) may offer a solution to both problems. These are light scalar particles, originally introduced to explain the charge and parity reversal symmetry of strong interactions. ALPs are one of the best motivated DM candidates, and their properties can explain a number of unsolved problems in cosmology and particle physics. The focus of my Montalcini project will be the study of the role of axions in cosmology, with the double goal of elaborating on the technical aspects and pushing into new directions.