Interested Article - Аксион

elizabeth
  • 2021-02-24
  • 1

Аксио́н ( англ. axion от axial + -on ) — гипотетическая нейтральная псевдоскалярная элементарная частица , квант поля, постулированного для сохранения CP-инвариантности в квантовой хромодинамике в 1977 году Роберто Печчеи (R. D. Peccei) и Хелен Квинн (H. R. Quinn) (см. Теория Печчеи — Квинн ). Аксион должен представлять собой псевдоголдстоуновский бозон , возникающий в результате спонтанного нарушения симметрии Печчеи — Квинн .

Название

Название частице дано Фрэнком Вильчеком по торговой марке стирального порошка , так как аксион должен был «очистить» квантовую хромодинамику от проблемы сильного CP-нарушения, а также из-за связи с аксиальным током . Стивен Вайнберг , независимо от Вильчека (но на неделю позже) предположивший существование этих частиц, хотел дать им название «хигглет» ( higglet ), однако после обсуждения с Вильчеком согласился с «аксионом» .

Свойства аксионов

Аксион должен распадаться на два фотона , его масса зависит от величины полей Хиггса V как ~1/ V . В оригинальной теории Печчеи — Квинн V ~ 100 Г эВ и масса аксиона ~ 100 к эВ , что, однако, противоречит экспериментальным данным по распаду кваркониев — ψ- и Υ- мезонов , состоящих из однотипных кварка и антикварка. В модифицированной в рамках Великого Объединения теории значения V значительно выше, и аксион должен быть очень слабо взаимодействующей с барионным веществом частицей малой массы. Существуют работы, вводящие шкалу масс, связанную с массой аксиона, значительно выше V ; это приводит к значительно меньшей константе связи аксиона с другими полями и решает проблему ненаблюдения этой частицы в существующих экспериментах. Широко обсуждаются две модели такого рода. В одной из них вводятся новые кварки , несущие (в отличие от известных кварков и лептонов ) заряд Печчеи — Квинн и связанные с так называемым адронным аксионом (или KSVZ-аксионом , аксионом Кима — Шифмана — Вайнштейна — Захарова) . Во второй модели (так называемый GUT-аксион , DFSZ-аксион , или аксион Дайна — Фишлера — Средницкого — Житницкого) отсутствуют дополнительные кварки, все кварки и лептоны несут заряд Печчеи — Квинн и, кроме того, необходимо существование двух хиггсовских дублетов.

Аксион рассматривается как один из кандидатов на роль частиц, составляющих «тёмную материю» — небарионную составляющую скрытой массы в космологии .

В течение 2003 — 2004 годов был выполнен поиск аксионов с массой до 0,02 эВ . Аксионы обнаружить не удалось и был определён верхний предел константы фотон-аксионного взаимодействия < 1,16⋅10 −10 Г эВ −1 [ источник не указан 4530 дней ] .

Астрофизические ограничения на массу аксиона и его константу связи с фотоном получены из наблюдаемой скорости потери энергии звёздами (красными гигантами, сверхновой SN1987A и т. д.). Рождение аксионов в недрах звезды привело бы к её ускоренному охлаждению , аналогично процессу нейтринного охлаждения .

Эксперименты по обнаружению

Аксионы, летящие от Солнца, в магнитном поле Земли могут за счёт обратного эффекта Примакова превращаться в фотоны с энергией рентгеновского диапазона. В данных европейского космического рентгеновского телескопа XMM-Newton (Multi Mirror Mission) было обнаружено, что интенсивность рентгеновского излучения, зарегистрированного зондом из области сильного магнитного поля на солнечной стороне Земли, несколько выше сигнала от магнитосферы с теневой стороны планеты. Если учесть все известные источники рентгеновского излучения, то фоновый сигнал должен быть одинаковым из областей с сильным и слабым полем . Один из возможных механизмов нагрева Солнечной короны — излучение Солнцем аксионов или аксионоподобных частиц, которые превращаются в фотоны в областях с сильным магнитным полем .

С 2003 г. в ЦЕРНе проводится эксперимент (CERN Axion Solar Telescope) по обнаружению аксионов, предположительно испускаемых вследствие эффекта Примакова разогретой до ~15⋅10 6 K плазмой солнечного ядра. Детектор основан на обратном эффекте Примакова — превращении аксиона в фотон , индуцированном магнитным полем . Проводятся и другие эксперименты, направленные на поиск потока аксионов, излучаемых ядром Солнца .

Эксперимент ADMX (Axion Dark Matter Experiment) проводится в Ливерморской национальной лаборатории (Калифорния, США) с целью поиска аксионов, предположительно образующих невидимое гало нашей Галактики . В этом эксперименте используется сильное магнитное поле для конверсии аксионов в радиочастотные фотоны; процесс усиливается с помощью резонансной полости, настраиваемой на частоты в диапазоне от 460 до 810 МГц , в соответствии с предсказываемой массой аксиона .

Авторы эксперимента в 2006 заявили про обнаружение двойного лучепреломления и поворота плоскости поляризации света в магнитном поле, что было интерпретировано как возможное возникновение реальных или виртуальных аксионов в пучке фотонов. Однако в 2007 авторы объяснили эти результаты как следствие некоторых неучтённых эффектов в экспериментальной установке [ источник не указан 4530 дней ] .

В настоящее время в ЦЕРНе идёт разработка четвёртого поколения солнечного гелиоскопа IAXO — the International Axion Observatory .

В 2014 году астроном британского Университета Лестера Джордж Фрейзер (George Fraser) и его соавторы заявили, что обнаружили косвенные подтверждения существования аксионов в данных космического рентгеновского телескопа XMM-Newton .

В 2018 году опубликовано описание эксперимента по обнаружению аксионов за счёт измерения прецессии спина электрона.

В 2020 году учёные Университета Кембриджа (Великобритания) смогли подтвердить ошибочность некоторых разновидностей теории струн , которые предсказывали существование аксионов с определёнными характеристиками. При этом, учёные не исключают вероятности, что могут существовать аксионоподобные частицы с более низкими значениями конвертируемости, остающиеся недоступными для современных методов наблюдения .

В июне 2020 года коллаборация XENON сообщила, что в их установке XENON1T в низкоэнергетической ( 1...30 кэВ ) области спектра электронов отдачи было зарегистрировано 285 событий, что на 53 штуки, или на 3,5 σ , больше, чем предсказано теорией. Были рассмотрены три возможных объяснения: существование гипотетических солнечных аксионов, наличие у нейтрино магнитного момента 7⋅10 -11 μ B или загрязнение детектора тритием в ультраследовых количествах. Пока недостаточно данных для однозначного выбора из одного из этих трёх объяснений, обновление эксперимента до XENONnT в будущем должно будет решить эту проблему .

В январе 2021 было обнаружено жёсткое рентгеновское излучение, исходящее от изолированных нейтронных звёзд знаменитой Великолепной семёрки , источником этого излучения могут быть аксионы, распадающиеся на два фотона в сильных магнитных полях нейтронных звёзд .

Примечания

  1. Dictionary.com, "axion, " in Online Etymology Dictionary . Source: Douglas Harper, Historian. от 28 марта 2012 на Wayback Machine . Accessed: February 11, 2012.
  2. ↑ Александр Березин. . (6 декабря 2013). Дата обращения: 30 декабря 2013. 30 декабря 2013 года.
  3. Peccei R. D., Quinn H. R. CP Conservation in the Presence of Pseudoparticles (англ.) // Physical Review Letters. — 1977. — Vol. 38. — P. 1440—1443. — ISSN . — doi : . — Bibcode : . [ ]
  4. Peccei R. D., Quinn H. R. Constraints imposed by CP conservation in the presence of pseudoparticles // Physical Review D. — 1977. — Vol. 16. — P. 1791—1797. — ISSN . — doi : . — Bibcode : . [ ]
  5. Wilczek F. Problem of Strong P and T Invariance in the Presence of Instantons // Physical Review Letters. — 1978. — Vol. 40. — P. 279—282. — ISSN . — doi : . [ ]
  6. Wilczek F. Nobel Lecture: Asymptotic freedom: From paradox to paradigm // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2005. — Vol. 102. — P. 8403—8413. — ISSN . — doi : . [ ] ;
    Существует русский перевод: Вильчек Ф. А. // Успехи физических наук. — 2005. — Т. 175 , вып. 12 . — С. 1325—1337 . — ISSN . — doi : . [ ] .
    Цитата: «particles, axions. (I named them after a laundry detergent, since they clean up a problem with an axial current.)»
    Перевод: «частиц — аксионов. (Я назвал их в честь моющего средства, поскольку они расчистили проблему с аксиальными токами.)»
  7. Weinberg S. A New Light Boson? // Physical Review Letters. — 1978. — Vol. 40. — P. 223—226. — ISSN . — doi : . [ ]
  8. Wilczek F. // Quanta Magazine. — January 7, 2016. 12 сентября 2017 года.
  9. J.E. Kim, Phys. Rev. Lett. 43 (1979), p. 103;
    M.A. Shifman, A.I. Vainstein, and V.I. Zakharov, Nucl. Phys. B 166 (1980), p. 493.
  10. A.R. Zhitnitsky, Sov. J. Nucl. Phys. 31 (1980), p. 260;
    M. Dine, W. Fischler, and M. Srednicki, Phys. Lett. B 104 (1981), p. 199
  11. ↑ . Дата обращения: 20 июля 2018. 20 июля 2018 года.
  12. (недоступная ссылка) Astrophysical axion bounds. G Raffelt — Axions, 2008 — Springer.
  13. ↑ от 17 апреля 2015 на Wayback Machine / Владислав Кобычев, Сергей Попов // «Троицкий вариант» № 4 (173), 24 февраля 2015 года
  14. . Дата обращения: 27 сентября 2014. 17 февраля 2015 года.
  15. . Дата обращения: 2 сентября 2005. Архивировано из 15 апреля 2013 года.
  16. L. D. Duffy et al., A High Resolution Search for Dark-Matter Axions , Phys. Rev. D 74 , 012006 (2006); см. также от 26 июля 2020 на Wayback Machine
  17. 29 сентября 2006 года.
  18. Лесли Розенберг. // В мире науки . — 2018. — № 3 . — С. 76—85 . 4 апреля 2018 года.
  19. . Дата обращения: 18 апреля 2015. 18 апреля 2015 года.
  20. от 30 ноября 2020 на Wayback Machine // Лента. Ру , 20 марта 2020
  21. Aprile E. et al. (XENON Collaboration). "Observation of Excess Electronic Recoil Events in XENON1T". arXiv : .
  22. Wolchover, Natalie (англ.) . Quanta Magazine (17 июня 2020). Дата обращения: 18 июня 2020. 17 июня 2020 года.
  23. . Дата обращения: 26 января 2021. 25 января 2021 года.

Ссылки

Источник —

elizabeth
  • 2021-02-24
  • 1
  • Tags:

Same as Аксион

The title for the last searches