Axion

Az Axion ( az angol  axion az axiális + -on szóból [1] ) egy hipotetikus semleges [2] pszeudoszkaláris elemi részecske , egy mezőkvantum , amelyet Roberto Peccei (RD Peccei) és Helen Quinn (HR ) 1977 -ben a kvantumkromodinamika CP invarianciájának megőrzésére állítottak fel. Quinn) [3] [4] (lásd Peccei-Quinn elmélet ). Az axiónak egy pszeudo-Goldstone-bozonnak kell lennie, amely spontán Peccei -Quinn szimmetriatörés eredménye .

Cím

A részecske nevét Frank Wilczek [5] a mosópor [6] védjegye után adta , mivel az axionnak a kvantumkromodinamikát kellett „megtisztítania” az erős CP-sértés problémájától, valamint a axiális áram . Steven Weinberg Wilczektől függetlenül (de egy héttel később) felvetette [7] e részecskék létezését, a "higglet" ( higglet ) nevet akarta adni nekik , de Wilczekkel folytatott megbeszélés után egyetértett az "axionnal" [8] .

Az axionok tulajdonságai

Az axionnak két fotonra kell bomlani [ 2] , tömege függ a Higgs-mezők V vákuumvárakozásának értékétől ~1/ V . Az eredeti Peccei-Quinn elméletben V ~ 100 G eV és az axion tömege ~ 100 k eV , ami azonban ellentmond az azonos típusú kvarkokból és kvarkokból álló kvarkó - ψ- és Υ- mezonok bomlására vonatkozó kísérleti adatoknak. antikvark. A Grand Unifikáció keretében módosított elméletben a V értékei sokkal magasabbak, és az axiónak egy kis tömegű részecske kell lennie, amely nagyon gyengén kölcsönhatásba lép a barionos anyaggal [2] . Vannak olyan munkák, amelyek az axion jóval V feletti tömegéhez viszonyított tömegskálát mutatnak be ; ez az axió más mezőkkel való csatolási állandójához vezet, és megoldja azt a problémát, hogy a részecske nem figyelhető meg a meglévő kísérletekben. Két ilyen modellt széles körben tárgyalnak. Az egyikben új kvarkokat mutatnak be , amelyek (az ismert kvarkokkal és leptonokkal ellentétben ) a Peccei-Quinn töltést hordozzák, és az úgynevezett hadronikus axionhoz (vagy KSVZ-axionhoz , a Kim-Shifman-Weinstein-Zakharov-tengelyhez) kapcsolódnak. [9] . A második modellben (az ún. GUT- axion , DFSZ-axion vagy Dyne-Fischler-Srednitsky-Zhitnitsky axion) [10] nincsenek további kvarkok, minden kvark és lepton hordoz Peccei-Quinn töltést, és ezen kívül két Higgs -dublett megléte is szükséges .

Az axiót a „sötét anyagot” alkotó részecskék szerepére jelöltek egyik jelöltnek [2] [11]  – a kozmológiában a sötét tömeg nem- barion összetevőjét .

2003-2004 között 0,02 eV -ig terjedő tömegű axionok után kutattak . Axionokat nem tudtunk kimutatni, és a foton-axion kölcsönhatási állandó felső határa < 1,16⋅10 −10 G eV −1 .

Az axion tömegére és a fotonhoz való kapcsolódási állandójára vonatkozó asztrofizikai korlátok a csillagok (vörös óriások, SN1987A szupernóva stb.) megfigyelt energiaveszteségi sebességéből származnak . Az axionok születése egy csillag belsejében a neutrínók lehűléséhez hasonlóan felgyorsult lehűléséhez vezetne [12] .

Felfedezési kísérletek

A Napból a Föld mágneses mezejében repülő axionok az inverz Primakov-effektus miatt röntgenenergiájú fotonokká alakulhatnak. A European Space X-ray Space Telescope XMM-Newton (Multi Mirror Mission) adataiból kiderült, hogy a szonda által rögzített röntgensugárzás intenzitása az erős mágneses tér tartományából a szoláris oldalon. a Föld valamivel magasabban van, mint a magnetoszférából érkező jel a bolygó árnyékoldaláról. Ha az összes ismert röntgensugárforrást figyelembe vesszük, akkor a háttérjelnek azonosnak kell lennie az erős és gyenge mezőkkel rendelkező régiókból [13] . A napkorona felfűtésének egyik lehetséges mechanizmusa a Nap által kibocsátott axionok vagy axionszerű részecskék, amelyek az erős mágneses térrel rendelkező területeken fotonokká alakulnak [14] .

2003 óta végzik a CERN -ben a CAST ( CERN Axion Solar Telescope) kísérletet [15] a Primakov-effektus miatt a ~15⋅10 6 K -ra felmelegített napmag plazmájából feltételezhetően kibocsátott axionok kimutatására . A detektor az inverz Primakov-effektuson alapul - az axion mágneses tér által indukált fotonná  történő átalakulásán . Más kísérleteket is végeznek, amelyek célja a Nap magja által kibocsátott axionok fluxusának felkutatása.

Az ADMX (Axion Dark Matter Experiment) [16] [17] kísérletet a Livermore National Laboratory -ban (Kalifornia, USA) végzik annak érdekében, hogy olyan axionokat keressenek, amelyek feltehetően galaxisunk láthatatlan fényudvarát alkotják . Ez a kísérlet erős mágneses mezőt használ az axionok RF fotonokká alakítására; a folyamatot egy 460 és 810 MHz közötti frekvenciákra hangolt rezonancia üreg fokozza, az axió előre jelzett tömegének megfelelően [18] .

A PVLAS kísérlet szerzői 2006-ban bejelentették a kettős törés felfedezését és a fény polarizációs síkjának elfordulását mágneses térben, amelyet a fotonsugárban valós vagy virtuális axionok lehetséges előfordulásaként értelmeztek. 2007-ben azonban a szerzők ezeket az eredményeket a kísérleti elrendezésben fel nem számolt hatások következményeként magyarázták. .

Jelenleg a CERN az IAXO szoláris helioszkóp negyedik generációját fejleszti – a Nemzetközi Axion Obszervatóriumot [19] .

2014-ben a Leicesteri Egyetem csillagásza , George Fraser és szerzőtársai bejelentették, hogy az XMM-Newton űrröntgenteleszkóp adataiban közvetett bizonyítékot találtak az axionok létezésére [13] .

2018-ban megjelent egy kísérlet leírása az axionok detektálására az elektron spin precesszió mérésével [11] .

2020- ban a Cambridge-i Egyetem (Egyesült Királyság) tudósai meg tudták erősíteni a húrelmélet egyes változatainak tévedését , amelyek bizonyos jellemzőkkel rendelkező axionok létezését jósolták. Ugyanakkor a tudósok nem zárják ki annak lehetőségét, hogy lehetnek olyan axionszerű részecskék, amelyek alacsonyabb konvertálhatósági értékűek, és amelyek a modern megfigyelési módszerek számára elérhetetlenek maradnak [20] .

2020 júniusában a XENON együttműködés arról számolt be, hogy 285 eseményt regisztráltak a XENON1T létesítményükben a visszarúgás elektronspektrumának alacsony energiájú ( 1...30 keV ) tartományában, ami 53 eseménnyel, azaz 3,5 σ -vel több, mint amit a elmélet. Három lehetséges magyarázatot vettek figyelembe: hipotetikus naptengelyek létezését, 7⋅10 -11 μB mágneses momentumot a neutrínókban , vagy a detektor ultranyomokban lévő tríciummal való szennyeződését. Bár nincs elég adat ahhoz, hogy egyértelműen válasszon egyet a három magyarázat közül, a kísérlet XENONnT-re való frissítése a jövőben megoldja ezt a problémát [21] [22] .

2021 januárjában a híres Magnificent Seven izolált neutroncsillagjaiból származó kemény röntgensugarakat észleltek , ennek a sugárzásnak a forrása a neutroncsillagok erős mágneses mezőjében két fotonra bomló axion lehet [23] .

Jegyzetek

1. ↑ Dictionary.com, "axion", az Online etimológiai szótárban . Forrás: Douglas Harper, történész. http://dictionary.reference.com/browse/axion Archiválva : 2012. március 28. a Wayback Machine -nél . Hozzáférés: 2012. február 11.
2. ↑ 1 2 3 4 Alexander Berezin. Lehet, hogy az axiókat már felfedezték . Compulenta-Online (2013. december 6.). Hozzáférés időpontja: 2013. december 30. Az eredetiből archiválva : 2013. december 30. (határozatlan)
3. ↑ Peccei RD, Quinn HR CP Conservation in the Presence of Pseudopartticles  //  Physical Review Letters. - 1977. - 1. évf. 38. - P. 1440-1443. — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.38.1440 . - .
4. ↑ Peccei RD, Quinn HR A CP pszeudorészecskék jelenlétében történő konzerválása által kiszabott korlátozások // Physical Review D. - 1977. - Vol. 16. - P. 1791-1797. — ISSN 0556-2821 . - doi : 10.1103/PhysRevD.16.1791 . - .
5. ↑ Wilczek F. Erős P és T invariancia problémája Instantonok jelenlétében // Physical Review Letters. - 1978. - 1. évf. 40. - P. 279-282. — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.40.279 .
6. ↑ Wilczek F. Nobel-előadás: Aszimptotikus szabadság: A paradoxontól a paradigmáig // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2005. - 20. évf. 102. - P. 8403-8413. — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.0501642102 . ;
   Van egy orosz fordítás: Vilchek F. A. Aszimptotikus szabadság: paradoxonoktól paradigmákig. (Nobel-előadás. Stockholm, 2004. december 8.)  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. - 2005. - T. 175 , sz. 12 . - S. 1325-1337 . — ISSN 0042-1294 . - doi : 10.3367/UFNr.0175.200512g.1325 . .
   Idézet: „részecskék, tengelyek. (Egy mosószerről neveztem el őket, mivel axiális árammal megoldják a problémát.
   ) (A mosószerről neveztem el őket, mert megoldották az axiális áram problémáját.)"
7. ↑ Weinberg S. Új fénybozon? // Physical Review Letters. - 1978. - 1. évf. 40. - P. 223-226. — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.40.223 .
8. ↑ Wilczek F. A Time (majdnem) megfordítható nyila  // Quanta Magazin. — 2016. január 7.
9. ↑ JE Kim, Phys. Fordulat. Lett. 43 (1979), p. 103.;
   MA Shifman, AI Vainstein és VI Zakharov, Nucl. Phys. B 166 (1980), p. 493.
10. ↑ A. R. Zsitnyickij, Szov. J. Nucl. Phys. 31 (1980), p. 260;
    M. Dine, W. Fischler és M. Srednicki, Phys. Lett. B 104 (1981), p. 199
11. ↑ 1 2 Az elektron spin precesszió segít megtalálni az axiókat, 2018.07.12 . Letöltve: 2018. július 20. Az eredetiből archiválva : 2018. július 20. (határozatlan)
12. ↑ http://www.springerlink.com/index/N510QL1R33X37427.pdf  (nem elérhető link) Asztrofizikai tengelyhatárok. G Raffelt - Axions, 2008 - Springer.
13. ↑ 1 2 Régóta keresik, de nem találják a Wayback Machine 2015. április 17-i archív példányát / Vladislav Kobychev, Sergey Popov // Troitsky Variant No. 4 (173), 2015. február 24.
14. ↑ A rejtélyes Nap: egy olvasztótégely az új fizikához . Letöltve: 2014. szeptember 27. Az eredetiből archiválva : 2015. február 17.. (határozatlan)
15. ↑ CAST kísérleti hely (CERN Axion Solar Telescope) (hozzáférhetetlen link) . Letöltve: 2005. szeptember 2. Archiválva az eredetiből: 2013. április 15. (határozatlan) 
16. ↑ LD Duffy et al., A High Resolution Search for Dark-Matter Axions , Phys. Fordulat. D74 , 012006 (2006); lásd még: Preprint archiválva 2020. július 26-án a Wayback Machine -nél
17. ↑ ADMX kísérleti oldal Archiválva : 2006. szeptember 29.
18. ↑ Leslie Rosenberg. A sötétséget keresve  // ​​A tudomány világában . - 2018. - 3. sz . - S. 76-85 .
19. ↑ A Nemzetközi Axion Obszervatórium (IAXO) . Letöltve: 2015. április 18. Az eredetiből archiválva : 2015. április 18.. (határozatlan)
20. ↑ A húrelmélet hamisan megerősítve archiválva 2020. november 30-án a Wayback Machine -nél // Lenta. Ru , 2020. március 20
21. ↑ Aprile E. et al. (XENON Együttműködés), Excess Electronic Recoil Events Observation of Excess Electronic Recoil Events in XENON1T, arΧiv : 2006.09721v1 . 
22. ↑ Wolchover, Natalie Sötétanyag- kísérlet megmagyarázhatatlan jelet talál  . Quanta Magazin (2020. június 17.). Letöltve: 2020. június 18. Az eredetiből archiválva : 2020. június 17.
23. ↑ Fiz. Fordulat. Lett. 126, 021102 (2021) – Az Axion emisszió magyarázata lehet a közeli izolált neutroncsillagok új, kemény röntgensugárzásának többlete . Letöltve: 2021. január 26. Az eredetiből archiválva : 2021. január 25. (határozatlan)

Linkek

• A paraméterei axiális, laboratóriumi és asztrofizikai korlátozásainak meglétének elméleti előfeltételei a Részecskék tulajdonságainak áttekintésében a Particle Data Group honlapján , 2014.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy norvég
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4143745-7 NKC : ph1086050