Invarianza per Inversione Temporale delle Interazioni Forti e Materia Oscura Assionica

The evidence for dark matter leaves no doubt about the need for physics beyond the standard model. One candidate strongly motivated by particle physics is a new hypothetical light degree of freedom called axion. The aim of this thesis is to analyze how the strong interactions, described by Quantum Chromodynamics (QCD), behave under time reversal. The invariance of the theory under this operation is ensured only setting a QCD parameter to an unnaturally small value. The axion hypothesis solves this problem. In the second part of the thesis, we will study how this mechanism works and how the axion could explain the observed dark matter abundance.

L'evidenza di materia oscura non lascia spazio a dubbi riguardo la necessità di fisica oltre il modello standard. Un candidato fortemente motivato dalla fisica delle particelle è un nuovo ipotetico grado di libertà leggero denominato assione. Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare come si comportano le interazioni forti, descritte dalla Cromodinamica Quantistica (QCD), sotto inversione temporale. L'invarianza sotto questa operazione è assicurata solo a patto di porre un parametro della QCD ad un valore innaturalmente piccolo. L'ipotesi dell'assione risolve questo problema. Nella seconda parte della tesi, si andrà a studiare come funziona questo meccanismo e come l'assione possa spiegare l'abbondanza osservata di materia oscura.