Axion

Axion ( în engleză  axion din axial + -on [1] ) este o particulă elementară pseudoscalară ipotetică neutră [2] , un cuantic de câmp, postulat pentru a păstra invarianța CP în cromodinamica cuantică în 1977 de Roberto Peccei (RD Peccei) și Helen Quinn (HR ). Quinn) [3] [4] (vezi teoria Peccei-Quinn ). Axionul trebuie să fie un boson pseudo-Goldstone rezultat din ruperea spontană a simetriei Peccei-Quinn .

Titlu

Numele particulei a fost dat de Frank Wilczek [5] după marca comercială a pudrei de spălat [6] , deoarece axionul trebuia să „curățeze” cromodinamica cuantică de problema încălcării puternice a CP și, de asemenea, din cauza conexiunii cu curent axial . Steven Weinberg , independent de Wilczek (dar o săptămână mai târziu) a sugerat [7] existența acestor particule, a vrut să le dea denumirea de „higglet” ( higglet ), dar după discuții cu Wilczek a fost de acord cu „axionul” [8] .

Proprietățile axionilor

Axionul trebuie să se descompună în doi fotoni [2] , masa sa depinde de valoarea așteptării de vid a câmpurilor Higgs V ca ~1/ V . În teoria originală Peccei-Quinn, V ~ 100 G eV și masa axionului ~ 100 k eV , ceea ce, totuși, contrazice datele experimentale privind dezintegrarea mesonilor quarkonia - ψ- și Υ- , constând din același tip de cuarc și antiquarc. În teoria modificată în cadrul Marii Unificări , valorile lui V sunt mult mai mari, iar axionul trebuie să fie o particulă de masă mică care interacționează foarte slab cu materia barionică [2] . Există lucrări care introduc o scară de masă raportată la masa axionului mult peste V ; aceasta duce la o constantă de cuplare mult mai mică a axionului cu alte câmpuri și rezolvă problema neobservării acestei particule în experimentele existente. Două modele de acest fel sunt discutate pe larg. Într-unul dintre ele sunt introduși noi quarci care poartă (spre deosebire de quarcii și leptonii cunoscuți ) sarcina Peccei-Quinn și sunt asociați cu așa-numitul axion hadronic (sau KSVZ-axion , axionul Kim-Shifman-Weinstein-Zakharov) [9] . În al doilea model (așa-numitul GUT-axion , DFSZ-axion sau Dyne-Fischler-Srednitsky-Zhitnitsky axion) [10] , nu există quarci suplimentari, toți quarcii și leptonii poartă o sarcină Peccei-Quinn și, în plus, este necesară existența a două dublete Higgs .

Axionul este considerat unul dintre candidații pentru rolul particulelor care alcătuiesc „materia întunecată” [2] [11]  - componenta non- barionică a masei întunecate în cosmologie .

În perioada 2003-2004 sa efectuat o căutare a axionilor cu o masă de până la 0,02 eV . Axionii nu au putut fi detectați și limita superioară a constantei de interacțiune foton-axion a fost determinată < 1,16⋅10 −10 G eV −1 .

Constrângerile astrofizice asupra masei axionului și constantei sale de cuplare cu fotonul sunt derivate din rata observată de pierdere de energie de către stele (giganți roșii, supernova SN1987A etc.). Nașterea axionilor în interiorul unei stele ar duce la răcirea accelerată a acesteia [12] , similar cu procesul de răcire a neutrinilor .

Experimente de descoperire

Axionii care zboară de la Soare în câmpul magnetic al Pământului se pot transforma, datorită efectului invers Primakov , în fotoni cu energie de raze X. În datele telescopului spațial european cu raze X XMM-Newton (Misiunea Multi Mirror), s-a constatat că intensitatea emisiei de raze X înregistrată de sondă din regiunea unui câmp magnetic puternic pe partea solară a Pământul este puțin mai sus decât semnalul de la magnetosferă din partea umbră a planetei. Dacă luăm în considerare toate sursele cunoscute de radiație cu raze X, atunci semnalul de fundal ar trebui să fie același din regiunile cu câmpuri puternice și slabe [13] . Unul dintre mecanismele posibile de încălzire a coroanei solare este emisia de axioni sau particule asemănătoare axionilor de către Soare, care se transformă în fotoni în regiunile cu un câmp magnetic puternic [14] .

Din 2003 , experimentul CAST ( CERN Axion Solar Telescope) [15] a fost efectuat la CERN pentru a detecta axionii presupus emis de plasma nucleului solar încălzit la ~15⋅10 6 K datorită efectului Primakov . Detectorul se bazează pe efectul invers Primakov  - transformarea unui axion într-un foton indus de un câmp magnetic . Se desfășoară și alte experimente care vizează căutarea fluxului de axioni emis de miezul Soarelui.

Experimentul ADMX (Axion Dark Matter Experiment) [16] [17] este efectuat la Laboratorul Național Livermore (California, SUA) pentru a căuta axioni care probabil formează haloul invizibil al galaxiei noastre . Acest experiment folosește un câmp magnetic puternic pentru a converti axionii în fotoni RF; procesul este îmbunătățit de o cavitate rezonantă acordată la frecvențe în intervalul de la 460 la 810 MHz , în conformitate cu masa prezisă a axionului [18] .

Autorii experimentului PVLAS din 2006 au anunțat descoperirea birefringenței și a rotației planului de polarizare a luminii într-un câmp magnetic, care a fost interpretată ca posibilă apariție a axionilor reale sau virtuale în fascicul de fotoni. Cu toate acestea, în 2007, autorii au explicat aceste rezultate ca o consecință a unor efecte nesocotite în configurația experimentală. .

În prezent, CERN dezvoltă a patra generație a helioscopului solar IAXO - Observatorul Internațional Axion [19] .

În 2014, astronomul de la Universitatea din Leicester George Fraser și coautorii săi au anunțat că au găsit dovezi indirecte pentru existența axionilor în datele de la telescopul spațial XMM-Newton cu raze X [13] .

În 2018, a fost publicată o descriere a unui experiment privind detectarea axionilor prin măsurarea precesiunii spinului electronilor [11] .

În 2020, oamenii de știință de la Universitatea din Cambridge (Marea Britanie) au putut confirma eroarea unor varietăți de teorie a corzilor , care a prezis existența axionilor cu anumite caracteristici. În același timp, oamenii de știință nu exclud posibilitatea ca particule asemănătoare axionilor cu valori mai mici de convertibilitate care rămân inaccesibile metodelor moderne de observare [20] .

În iunie 2020, colaborarea XENON a raportat că 285 de evenimente au fost înregistrate în instalația lor XENON1T în regiunea de energie joasă ( 1...30 keV ) a spectrului de electroni de recul, care este de 53 de evenimente sau 3,5 σ , mai mult decât era prezis de teorie. Au fost luate în considerare trei posibile explicații: existența unor axioni solari ipotetici, prezența unui moment magnetic de 7⋅10 -11 μ B în neutrini sau contaminarea detectorului cu tritiu în cantități ultra-urme. Deși nu există date suficiente pentru a alege fără ambiguitate din una dintre aceste trei explicații, o actualizare a experimentului la XENONnT în viitor ar trebui să rezolve această problemă [21] [22] .

În ianuarie 2021, au fost detectate raze X dure provenind de la stele neutronice izolate ale celebrului Șapte Magnifici , sursa acestei radiații putând fi axionii care se descompun în doi fotoni în câmpurile magnetice puternice ale stelelor neutronice [23] .

Note

1. ↑ Dictionary.com, „axion”, în Dicționarul de etimologie online . Sursa: Douglas Harper, Istoric. http://dictionary.reference.com/browse/axion Arhivat la 28 martie 2012 la Wayback Machine . Accesat: 11 februarie 2012.
2. ↑ 1 2 3 4 Alexandru Berezin. Este posibil ca axiunile să fi fost deja descoperite . Compulenta-Online (6 decembrie 2013). Data accesului: 30 decembrie 2013. Arhivat din original la 30 decembrie 2013. (nedefinit)
3. ↑ Peccei RD, Quinn HR CP Conservation in the Presence of Pseudoparticles  //  Physical Review Letters. - 1977. - Vol. 38. - P. 1440-1443. — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.38.1440 . - Cod .
4. ↑ Peccei RD, Quinn HR Constraints impuse de conservarea CP în prezența pseudoparticulelor // Physical Review D. - 1977. - Vol. 16. - P. 1791-1797. — ISSN 0556-2821 . - doi : 10.1103/PhysRevD.16.1791 . - Cod .
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 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.40.279 .
6. ↑ Wilczek F. Nobel Lectură: Libertatea asimptotică: de la paradox la paradigmă // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2005. - Vol. 102. - P. 8403-8413. — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.0501642102 . ;
   Există o traducere în limba rusă: Vilchek F. A. Libertatea asimptotică: de la paradoxuri la paradigme. (Prelegere Nobel. Stockholm, 8 decembrie 2004)  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. - 2005. - T. 175 , nr. 12 . - S. 1325-1337 . — ISSN 0042-1294 . - doi : 10.3367/UFNr.0175.200512g.1325 . .
   Citat: „particule, axioni. (Le-am numit după un detergent de rufe, deoarece curăță o problemă cu un curent axial.
   ) (Le-am numit după detergent pentru că au clarificat problema curentului axial.)"
7. ↑ Weinberg S. Un nou boson de lumină? // Scrisori de revizuire fizică. - 1978. - Vol. 40. - P. 223-226. — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.40.223 .
8. ↑ Wilczek F. Săgeata (aproape) reversibilă a timpului  // Quanta Magazine. — 7 ianuarie 2016.
9. ↑ JE Kim, Phys. Rev. Lett. 43 (1979), p. 103;
   MA Shifman, AI Vainstein și VI Zakharov, Nucl. Fiz. B 166 (1980), p. 493.
10. ↑ A.R. Jitnisky, Sov. J. Nucl. Fiz. 31 (1980), p. 260;
    M. Dine, W. Fischler și M. Srednicki, Phys. Lett. B 104 (1981), p. 199
11. ↑ 1 2 Precesia spinului electronilor va ajuta la găsirea axionilor, 12.07.2018 . Preluat la 20 iulie 2018. Arhivat din original la 20 iulie 2018. (nedefinit)
12. ↑ http://www.springerlink.com/index/N510QL1R33X37427.pdf  (link indisponibil) Limite axionului astrofizic. G Raffelt - Axions, 2008 - Springer.
13. ↑ 1 2 Au căutat de mult timp, dar nu au găsit o copie de arhivă datată 17 aprilie 2015 la Wayback Machine / Vladislav Kobychev, Sergey Popov // Varianta Troitsky nr. 4 (173), 24 februarie 2015
14. ↑ Soarele enigmatic: un creuzet pentru o nouă fizică . Consultat la 27 septembrie 2014. Arhivat din original la 17 februarie 2015. (nedefinit)
15. ↑ Site-ul de experiment CAST (CERN Axion Solar Telescope) (link inaccesibil) . Consultat la 2 septembrie 2005. Arhivat din original pe 15 aprilie 2013. (nedefinit) 
16. ↑ LD Duffy et al., A High Resolution Search for Dark-Matter Axions , Phys. Rev. D74 , 012006 (2006); vezi și Preprint Arhivat 26 iulie 2020 la Wayback Machine
17. ↑ Site-ul de experimente ADMX Arhivat 29 septembrie 2006.
18. ↑ Leslie Rosenberg. În căutarea întunericului  // În lumea științei . - 2018. - Nr. 3 . - S. 76-85 .
19. ↑ Observatorul Internațional Axion (IAXO) . Consultat la 18 aprilie 2015. Arhivat din original pe 18 aprilie 2015. (nedefinit)
20. ↑ Teoria șirurilor confirmată fals Arhivat 30 noiembrie 2020 la Wayback Machine // Lenta. Ru , 20 martie 2020
21. ↑ Aprile E. și colab. (Colaborare XENON), Observarea evenimentelor de recul electronic în exces în XENON1T, arΧiv : 2006.09721v1 . 
22. ↑ Wolchover, Natalie Dark Matter Experiment Găsește un semnal inexplicabil  . Revista Quanta (17 iunie 2020). Preluat la 18 iunie 2020. Arhivat din original la 17 iunie 2020.
23. ↑ Fiz. Rev. Lett. 126, 021102 (2021) - Emisia de axion poate explica un nou exces dur de raze X de la stele neutronice izolate din apropiere . Preluat la 26 ianuarie 2021. Arhivat din original la 25 ianuarie 2021. (nedefinit)

Link -uri

• Condiții teoretice pentru existența axionului, restricții de laborator și astrofizice asupra parametrilor săi în revizuirea în Review of Particle Properties pe site-ul Particle Data Group , 2014

Dicționare și enciclopedii	Mare norvegian
În cataloagele bibliografice	GND : 4143745-7 NKC : ph1086050