Aksioni

Axion ( englanniksi  axion sanoista axial + -on [ 1] ) on hypoteettinen neutraali [2] pseudoskalaarinen alkeishiukkanen , kenttäkvantti , jonka Roberto Peccei (RD Peccei) ja Helen Quinn (HR ) väittivät säilyttävän CP-invarianssin kvanttikromodynamiikassa vuonna 1977 . Quinn) [3] [4] (katso Peccei-Quinn teoria ). Aksionin on oltava pseudo-Goldstone- bosoni , joka on seurausta spontaanista Peccei-Quinn-symmetrian rikkoutumisesta .

Otsikko

Hiukkasen nimen antoi Frank Wilczek [5] pesujauheen tavaramerkin [6] jälkeen, koska aksionin piti "puhdistaa" kvanttikromodynamiikka vahvan CP-rikkomuksen ongelmasta, ja myös sen yhteyden vuoksi aksiaalinen virta . Steven Weinberg Wilczekistä riippumatta (mutta viikkoa myöhemmin) ehdotti [7] näiden hiukkasten olemassaoloa, halusi antaa niille nimen "higglet" ( higglet ), mutta Wilczekin kanssa käytyjen keskustelujen jälkeen suostui "aksioon" [8] .

Aksioiden ominaisuudet

Aksionin täytyy hajota kahdeksi fotoniksi [2] , sen massa riippuu Higgsin kenttien tyhjiö-odotuksen arvosta V ~1/ V . Alkuperäisessä Peccei-Quinn-teoriassa V ~ 100 G eV ja aksionimassa ~ 100 k eV , mikä kuitenkin on ristiriidassa samantyyppisistä kvarkista ja Υ- mesonien kvarkonien - ψ- ja Υ- hajoamisesta saatujen kokeellisten tietojen kanssa. antikvarkki. Suuren yhdistymisen puitteissa muunnetussa teoriassa V :n arvot ovat paljon korkeammat ja aksionin on oltava pienimassainen hiukkanen, joka on erittäin heikosti vuorovaikutuksessa baryonisen aineen kanssa [2] . On olemassa töitä, jotka esittelevät massaasteikon, joka liittyy aksionin massaan selvästi V :n yläpuolelle ; tämä johtaa paljon pienempään aksionin kytkentävakioon muiden kenttien kanssa ja ratkaisee ongelman tämän hiukkasen havaitsematta jättämisestä olemassa olevissa kokeissa. Kahdesta tämän tyyppisestä mallista keskustellaan laajasti. Yhdessä niistä esitellään uusia kvarkeja , jotka kantavat (toisin kuin tunnetut kvarkit ja leptonit ) Peccei-Quinn-varauksen ja liittyvät niin kutsuttuun hadroniakseliin (tai KSVZ-aksioniin , Kim-Shifman-Weinstein-Zakharov-aksioniin) [9] . Toisessa mallissa (ns. GUT- aksioni , DFSZ-aksioni tai Dyne-Fischler-Srednitsky-Zhitnitsky-aksioni) [10] ei ole ylimääräisiä kvarkeja, kaikki kvarkit ja leptonit sisältävät Peccei-Quinn-varauksen, ja lisäksi kahden Higgsin dupletin olemassaolo on välttämätöntä.

Aksionia pidetään yhtenä ehdokkaista "pimeän aineen" muodostavien hiukkasten rooliin [2] [11]  - pimeän massan ei - baryoninen komponentti kosmologiassa .

Vuosina 2003-2004 etsittiin aksioneja , joiden massa on enintään 0,02 eV . Aksioneja ei voitu havaita ja fotoni-aksioni-vuorovaikutusvakion ylärajaksi määritettiin < 1,16⋅10 −10 G eV −1 .

Aksionin massan ja sen kytkentävakion fotoniin kohdistuvat astrofysikaaliset rajoitukset johdetaan tähtien (punaiset jättiläiset, supernova SN1987A jne.) havaitusta energiahäviönopeudesta. Aksionien syntyminen tähden sisäpuolelle johtaisi sen kiihtyvään jäähtymiseen [12] , joka on samanlainen kuin neutriinojen jäähtymisprosessi .

Löytökokeet

Auringosta Maan magneettikentässä lentävät akselit voivat käänteisen Primakov -ilmiön ansiosta muuttua fotoneiksi röntgenenergialla. European Space X-ray Space Telescope XMM-Newton (Multi Mirror Mission) tiedoista todettiin, että anturin tallentaman röntgensäteilyn intensiteetti voimakkaan magneettikentän alueelta aurinkopuolella. Maa on hieman korkeampi kuin signaali magnetosfääristä planeetan varjopuolelta. Jos otamme huomioon kaikki tunnetut röntgensäteilyn lähteet, taustasignaalin tulisi olla sama alueilta, joilla on voimakas ja heikko kentät [13] . Yksi mahdollisista aurinkokoronan lämmittämismekanismeista on Auringon lähettämä aksionien tai aksionin kaltaisten hiukkasten säteily, jotka muuttuvat fotoneiksi alueilla, joilla on voimakas magneettikenttä [14] .

Vuodesta 2003 lähtien CERN:ssä on suoritettu CAST - koe ( CERN Axion Solar Telescope) [15] , jonka tarkoituksena on havaita Primakov-ilmiön vuoksi ~ 15⋅106 K : een kuumennetun auringon ytimen plasman lähettämiä aksioneja. Ilmaisin perustuu käänteiseen Primakov -ilmiöön - magneettikentän indusoimaan  aksionin muuttumiseen fotoniksi . Muita kokeita tehdään, joiden tarkoituksena on etsiä Auringon ytimen lähettämien aksionien virtaa .

ADMX (Axion Dark Matter Experiment) [16] [17] -koe suoritetaan Livermoren kansallisessa laboratoriossa (Kalifornia, USA) aksioiden etsimiseksi, jotka oletettavasti muodostavat galaksimme näkymätön sädekehän . Tässä kokeessa käytetään voimakasta magneettikenttää aksioiden muuttamiseksi RF-fotoneiksi; prosessia tehostaa resonanssiontelo, joka on viritetty taajuuksille alueella 460 - 810 MHz , akselin ennustetun massan mukaisesti [18] .

Vuonna 2006 tehdyn PVLAS- kokeen tekijät ilmoittivat löytäneensä kaksitaiteisuuden ja valon polarisaatiotason pyörimisen magneettikentässä, mikä tulkittiin mahdolliseksi todellisten tai virtuaalisten aksionien esiintymiseksi fotonisäteessä. Kuitenkin vuonna 2007 kirjoittajat selittivät nämä tulokset johtuen joistakin kokeellisessa järjestelyssä havaitsemattomista vaikutuksista. .

Tällä hetkellä CERN kehittää IAXO-aurinkohelioskoopin neljättä sukupolvea - International Axion Observatorya [19] .

Vuonna 2014 Leicesterin yliopiston tähtitieteilijä George Fraser ja hänen kirjoittajansa ilmoittivat löytäneensä epäsuoraa näyttöä aksionien olemassaolosta XMM-Newton- avaruusröntgenteleskoopin tiedoista [13] .

Vuonna 2018 julkaistiin kuvaus kokeesta aksionien havaitsemiseksi mittaamalla elektronin spinprecessio [11] .

Vuonna 2020 Cambridgen yliopiston (Yhdistynyt kuningaskunta) tutkijat pystyivät vahvistamaan joidenkin merkkijonoteorian lajikkeiden virheelliset ominaisuudet , jotka ennustivat tiettyjen ominaisuuksien omaavien aksionien olemassaolon. Samanaikaisesti tutkijat eivät sulje pois mahdollisuutta, että voi olla aksionia muistuttavia hiukkasia, joilla on alhaisemmat muunnettavuusarvot, jotka jäävät nykyaikaisten havaintomenetelmien ulottumattomiin [20] .

Kesäkuussa 2020 XENON-yhteistyö raportoi, että heidän XENON1T-laitoksessaan rekisteröitiin 285 tapahtumaa rekyylielektronispektrin matalan energian ( 1...30 keV ) alueella, mikä on 53 tapahtumaa eli 3,5 σ enemmän kuin mitä ennusti. teoria. Kolme mahdollista selitystä pohdittiin: hypoteettisten auringon aksionien olemassaolo, 7⋅10 -11 μB magneettisen momentin läsnäolo neutriinoissa tai ilmaisimen saastuminen tritiumilla erittäin pieninä määrinä . Vaikka dataa ei ole tarpeeksi yksiselitteisen valinnan tekemiseksi näistä kolmesta selityksestä, kokeilun päivittäminen XENONnT:ksi tulevaisuudessa ratkaisee tämän ongelman [21] [22] .

Tammikuussa 2021 havaittiin kovia röntgensäteitä, jotka lähtivät kuuluisan Magnificent Sevenin eristetyistä neutronitähdistä . Tämän säteilyn lähteenä voivat olla aksionit, jotka hajoavat kahdeksi fotoniksi neutronitähtien voimakkaissa magneettikentissä [23] .

Muistiinpanot

1. ↑ Dictionary.com, "axion", online-etymologiasanakirjassa . Lähde: Douglas Harper, historioitsija. http://dictionary.reference.com/browse/axion Arkistoitu 28. maaliskuuta 2012 Wayback Machinessa . Käytetty: 11. helmikuuta 2012.
2. ↑ 1 2 3 4 Aleksanteri Berezin. Axionit on ehkä jo löydetty . Compulenta-Online (6. joulukuuta 2013). Käyttöpäivä: 30. joulukuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 30. joulukuuta 2013. (määrätön)
3. ↑ Peccei RD, Quinn HR CP Conservation in Presence of Pseudopartticles  //  Physical Review Letters. - 1977. - Voi. 38. - P. 1440-1443. — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.38.1440 . - .
4. ↑ Peccei RD, Quinn HR CP:n säilyttämisen asettamat rajoitukset pseudohiukkasten läsnä ollessa // Physical Review D. - 1977. - Voi. 16. - P. 1791-1797. — ISSN 0556-2821 . - doi : 10.1103/PhysRevD.16.1791 . - .
5. ↑ Wilczek F. Vahvan P- ja T-invarianssin ongelma instantonien läsnäolossa // Physical Review Letters. - 1978. - Voi. 40. - s. 279-282. — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.40.279 .
6. ↑ Wilczek F. Nobel Luento: Asymptoottinen vapaus: paradoksista paradigmaan // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2005. - Voi. 102. - P. 8403-8413. — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.0501642102 . ;
   On venäjänkielinen käännös: Vilchek F. A. Asymptoottinen vapaus: paradokseista paradigmoihin. (Nobel-luento. Tukholma, 8. joulukuuta 2004)  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. - 2005. - T. 175 , no. 12 . - S. 1325-1337 . — ISSN 0042-1294 . - doi : 10.3367/UFNr.0175.200512g.1325 . .
   Lainaus: "hiukkaset, aksionit. (Annoin ne pyykinpesuaineen mukaan, koska ne poistavat ongelman aksiaalivirralla.
   ) (Annoin ne pesuaineen mukaan, koska ne ratkaisivat aksiaalivirran ongelman.)"
7. ↑ Weinberg S. Uusi valobosoni? // Physical Review Letters. - 1978. - Voi. 40. - s. 223-226. — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.40.223 .
8. ↑ Wilczek F. Time's (melkein) käännettävä nuoli  // Quanta Magazine. – 7. tammikuuta 2016.
9. ↑ JE Kim, Phys. Rev. Lett. 43 (1979), s. 103;
   MA Shifman, AI Vainstein ja VI Zakharov, Nucl. Phys. B 166 (1980), s. 493.
10. ↑ A.R. Zhitnitsky, Sov. J. Nucl. Phys. 31 (1980), s. 260;
    M. Dine, W. Fischler ja M. Srednicki, Phys. Lett. B 104 (1981), s. 199
11. ↑ 1 2 Elektronien spinprecessio auttaa aksioiden löytämisessä, 12.07.2018 . Haettu 20. heinäkuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 20. heinäkuuta 2018. (määrätön)
12. ↑ http://www.springerlink.com/index/N510QL1R33X37427.pdf  (linkki ei saatavilla) Astrofysikaaliset aksionirajat. G Raffelt - Axions, 2008 - Springer.
13. ↑ 1 2 He ovat etsineet pitkään, mutta he eivät löydä 17. huhtikuuta 2015 päivättyä arkistokopiota Wayback Machinesta / Vladislav Kobychev , Sergey Popov // Troitsky Variant No. 4 (173), 24. helmikuuta 2015
14. ↑ Arvoituksellinen aurinko: upokas uudelle fysiikalle . Haettu 27. syyskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2015. (määrätön)
15. ↑ CAST-kokeilusivusto (CERN Axion Solar Telescope) (pääsemätön linkki) . Haettu 2. syyskuuta 2005. Arkistoitu alkuperäisestä 15. huhtikuuta 2013. (määrätön) 
16. ↑ LD Duffy et ai., A High Resolution Search for Dark-Matter Axions , Phys. Rev. D74 , 012006 (2006); katso myös Preprint arkistoitu 26. heinäkuuta 2020 Wayback Machinessa
17. ↑ ADMX-kokeilusivusto Arkistoitu 29. syyskuuta 2006.
18. ↑ Leslie Rosenberg. Pimeyttä etsimässä  // Tieteen maailmassa . - 2018. - Nro 3 . - S. 76-85 .
19. ↑ Kansainvälinen Axion Observatory (IAXO) . Haettu 18. huhtikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 18. huhtikuuta 2015. (määrätön)
20. ↑ String Theory vahvistettu vääräksi Arkistoitu 30. marraskuuta 2020 Wayback Machinessa // Lenta. Ru , 20. maaliskuuta 2020
21. ↑ Aprile E. et ai. (XENON Collaboration), Excess Electronic Recoil -tapahtumien havainnointi XENON1T:ssä, arΧiv : 2006.09721v1 . 
22. ↑ Wolchover, Natalie Pimeän aineen koe löytää selittämättömän signaalin  . Quanta Magazine (17.6.2020). Haettu 18. kesäkuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 17. kesäkuuta 2020.
23. ↑ Fys. Rev. Lett. 126, 021102 (2021) - Axion-emissio voi selittää uuden kovan röntgensäteen ylimääräisen lähellä olevien eristettyjen neutronitähtien . Haettu 26. tammikuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 25. tammikuuta 2021. (määrätön)

Linkit

• Teoreettiset edellytykset sen parametrien aksioni-, laboratorio- ja astrofysikaalisten rajoitusten olemassaololle Particle Data Groupin verkkosivuilla olevassa Review of Particle Properties -katsauksessa , 2014

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Hienoa norjalaista
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4143745-7 NKC : ph1086050