Аксион

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Аксион
Символ: A0
Состав: Элементарная частица
Семья: Бозон
Группа: Голдстоуновский бозон
Участвует во взаимодействиях: Электромагнитное,
гравитационное
Статус: Гипотетическая
Теоретически обоснована: 1977, Роберто Печчеи и Хелен Квинн
Масса: От 10−18 до 1 МэВ/c2
Каналы распада: A0γ + γ
Квантовые числа:
Электрический заряд: 0
Спин: 0~\hbar
Внутренняя чётность:

Аксио́н (англ. axion от axial + -on[1]) — гипотетическая нейтральная[2] псевдоскалярная элементарная частица, постулированная для сохранения CP-инвариантности в квантовой хромодинамике в 1977 г. Роберто Печчеи (R. D. Peccei) и Хелен Квинн (H. R. Quinn)[3][4] (см. Теория Печчеи — Квинн). Аксион должен представлять собой псевдоголдстоуновский бозон, возникающий в результате спонтанного нарушения симметрии Печчеи — Квинн.

Название частице дано Фрэнком Вильчеком[5] по торговой марке стирального порошка[6], так как аксион должен был «очистить» квантовую хромодинамику от проблемы сильного CP-нарушения, а также из-за связи с аксиальным током.

Свойства аксионов[править | править вики-текст]

Аксион должен распадаться на два фотона[2]. В оригинальной теории Печчеи — Квинн V ~ 100 ГэВ и масса аксиона ~ 100 кэВ, что, однако, противоречит экспериментальным данным по распаду \psi- и \Upsilon-частиц. В модифицированной в рамках Великого Объединения теории значения V значительно выше и аксион должен быть очень слабо взаимодействующей с барионным веществом[2] 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)[7]. Во второй модели (так называемый GUT-аксион, DFSZ-аксион, или аксион Дайна — Фишлера — Средницкого — Житницкого)[8] отсутствуют дополнительные кварки, все кварки и лептоны несут заряд Печчеи — Квинн.

Аксионы рассматриваются как одни из кандидатов, составляющих «тёмную материю»[2] — небарионную составляющую скрытой массы в космологии.

Эксперименты по обнаружению[править | править вики-текст]

С 2003 г. в ЦЕРНе проводится эксперимент CAST (CERN Axion Solar Telescope)[9] по обнаружению аксионов, предположительно испускаемых вследствие эффекта Примакова разогретой до ~15·106 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)[10][11] 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.

В течение 20032004 гг. был выполнен поиск аксионов с массой до 0,02 эВ. Аксионы обнаружить не удалось и был определён верхний предел константы фотон-аксионного взаимодействия g_{a\gamma} < 1,16·10−10 ГэВ−1 [источник не указан 1092 дня].

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[12].

Авторы эксперимента PVLAS 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 1092 дня].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Dictionary.com, "axion, " in Online Etymology Dictionary. Source: Douglas Harper, Historian. http://dictionary.reference.com/browse/axion. Accessed: February 11, 2012.
  2. 1 2 3 4 Александр Березин. АКСИОНЫ, БЫТЬ МОЖЕТ, УЖЕ ОБНАРУЖЕНЫ. Компьюлента-Онлайн (6 декабря 2013). Проверено 30 декабря 2013. Архивировано из первоисточника 30 декабря 2013.
  3. R. D. Peccei, H. R. Quinn, Phys. Rev. Letters, 38(1977) p. 1440.
  4. R. D. Peccei, H. R. Quinn, Phys. Rev., D16 (1977) p. 1791—1797.
  5. F. Wilczek, Phys. Rev. Letters, 40 (1978), pp. 279—282.
  6. Frank Wilczek. Asymptotic freedom: From paradox to paradigm (version of Frank Wilczek’s Nobel Lecture) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, June 14, 2005 vol. 102 no. 24 8403-8413. doi: 10.1073/pnas.0501642102, PMCID: PMC1150826. Цитата: «particles, axions. (I named them after a laundry detergent, since they clean up a problem with an axial current.)», перевод по Вильчек Ф А «Асимптотическая свобода: от парадоксов к парадигмам» УФН 175 стр 1325—1337 (2005), doi:10.3367/UFNr.0175.200512g.1325, стр 1336 «частиц — аксионов. (Я назвал их в честь моющего средства, поскольку они расчистили проблему с аксиальными токами.)»
  7. 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.
  8. 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
  9. Сайт эксперимента CAST (CERN Axion Solar Telescope)
  10. L. D. Duffy et al., A High Resolution Search for Dark-Matter Axions, Phys. Rev. D 74, 012006 (2006); см. также препринт
  11. Сайт эксперимента ADMX
  12. http://www.springerlink.com/index/N510QL1R33X37427.pdf Astrophysical axion bounds. G Raffelt — Axions, 2008 — Springer.

Ссылки[править | править вики-текст]

  • Теоретические предпосылки существования аксиона, лабораторные и астрофизические ограничения на его параметры (обзор в Review of Particle Properties на сайте Particle Data Group, 2008 год): [1]