Аксіён

Аксіён (англ.: axion axion ад axial+on^[1]) — гіпатэтычная нейтральная псеўдаскалярная элементарная часціца, пастуляваная для захавання CP-інварыянтнасці ў квантавай хромадынаміцы ў 1977 г. Раберта Печэі і Хелен Куін ^[2][3]. Аксіён павінен прадстаўляць сабой псеўдагалдстоунаўскі базон, які ўзнікае ў выніку спантанага парушэння сіметрыі Печэі-Квін.

Назва часціцы дадзена Фрэнкам Вільчэкам ^[4] па гандлёвай марцы пральнага парашка ^[5], бо аксіён павінен быў «ачысціць» квантавую хромадынаміку ад праблемы моцнага CP-парушэння, а таксама з-за сувязі з аксіяльным токам.

Уласцівасці аксіёнаў

Аксіён павінен распадацца на два фатоны. У арыгінальнай тэорыі Печэі-Квін ${\displaystyle V}$ ГэВ і маса аксіёна ~ 100 кэВ, што, аднак, супярэчыць эксперыментальным дадзеным па распаду ${\displaystyle \psi }$- і ${\displaystyle \Upsilon }$-часціц. У мадыфікаванай у рамках Вялікага Аб’яднання тэорыі значэнні ${\displaystyle V}$ значна вышэй і аксіён павінен быць часціцай малой масы, якая вельмі слаба ўзаемадзейнічае з барыённым рэчывам. Існуюць працы, якія ўводзяць шкалу мас, звязаную з масай аксіёна, значна вышэй ${\displaystyle V}$; гэта прыводзіць да значна меншай канстанты сувязі аксіёна з іншымі палямі і вырашае праблему неназірання гэтай часціцы ў існуючых эксперыментах. Шырока абмяркоўваюцца дзве мадэлі такога роду. У адной з іх ўводзяцца новыя кваркі, якія нясуць (у адрозненне ад вядомых кваркаў і лептонаў) зарад Печэі-Квін і звязаны з так званым адронным аксіёнам (або KSVZ-аксіёнам, аксіёнам Кіма-Шыфмана-Вайнштэйна-Захарава) ^[6]. У другой мадэлі (так званы GUT-аксіён, DFSZ-аксіён, або аксіён Дайн-Фішлера-Срэдніцкага-Жытніцкага) ^[7] адсутнічаюць дадатковыя кваркі, усе кваркі і лептоны нясуць зарад Печэі-Квін.

Аксіёны разглядаюцца як адны з кандыдатаў на ролю часціц, якія складаюць «цёмную матэрыю» — небарыённы складнік схаванай масы ў касмалогіі.

Эксперыменты па выяўленні

З 2003 г. у CERN праводзіцца эксперымент CAST (CERN Axion Solar Telescope)^[8] па выяўленні аксіёнаў, як мяркуецца, выпусканых з прычыны эфекту Прымакова разагрэтай да ~15×10⁶ K плазмай сонечнага ядра. Дэтэктар заснаваны на зваротным эфекце Прымакова — ператварэнні аксіёна ў фатон, індукаваным магнітным полем. Праводзяцца і іншыя эксперыменты, накіраваныя на пошук патоку аксіёнаў, выпраменьваных ядром Сонца.

Эксперымент ADMX (Axion Dark Matter Experiment)^[9][10] праводзіцца ў Ліверморскай нацыянальнай лабараторыі (Каліфорнія, ЗША) з мэтай пошуку аксіёнаў, якія, як мяркуецца, утвараюць нябачнае гало нашай Галактыкі. У гэтым эксперыменце выкарыстоўваецца моцнае магнітнае поле для канверсіі аксіёнаў у радыёчастотныя фатоны; працэс узмацняецца з дапамогай рэзананснай поласці, якая настройваецца на частоты ў дыяпазоне ад 460 да 810 МГц, у адпаведнасці з магчымай масай аксіёна.

На працягу 2003—2004 гг. быў выкананы пошук аксіёнаў з масай да 0,02 эВ. Аксіёны выявіць не ўдалося, і была вызначаная верхняя мяжа канстанты фатон-аксіённага ўзаемадзеяння ${\displaystyle g_{a\gamma }}$ < 1,16×10⁻¹⁰ ГэВ⁻¹.

Астрафізічныя абмежаванні на масу аксіёна і яго канстанту сувязі з фатонам атрыманыя з назіранай хуткасці страты энергіі зоркамі (чырвонымі гігантамі, звышновай SN1987A і г. д.). Нараджэнне аксіёнаў у нетрах зоркі прывяло б да яе паскоранага астуджэння ^[11].

Аўтары эксперыменту PVLAS у 2006 заявілі пра выяўленне падвойнага праменепраламлення і павароту плоскасці палярызацыі святла ў магнітным полі, што было інтэрпрэтавана як магчымае ўзнікненне рэальных ці віртуальных аксіёнаў у пучку фатонаў. Аднак у 2007 аўтары растлумачылі гэтыя вынікі як следства некаторых няўлічаных эфектаў у эксперыментальнай устаноўцы.

Зноскі

1. Dictionary.com, "axion, " in Online Etymology Dictionary. Source: Douglas Harper, Historian. http://dictionary.reference.com/browse/axion. Accessed: February 11, 2012.
2. R. D. Peccei, H. R. Quinn, Phys. Rev. Letters, 38(1977) p. 1440.
3. R. D. Peccei, H. R. Quinn, Phys. Rev., D16 (1977) p. 1791—1797.
4. F. Wilczek, Phys. Rev. Letters, 40 (1978), pp. 279—282.
5. Frank Wilczek. Asymptotic freedom: From paradox to paradigm Архівавана 4 жніўня 2012. (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. Цытата: «particles, axions. (I named them after a laundry detergent, since they clean up a problem with an axial current.)», пераклад па Вільчэку Ф. А. «асімптатычная свабода: ад парадоксаў да парадыгмы» УФН 175 стр 1325—1337 (2005), doi:10.3367/UFNr.0175.200512g.1325, стр 1336 «часціц — аксіёнаў. (Я назваў іх у гонар мыйнага сродку, паколькі яны расчысцілі праблему з аксіяльнымі токамі.)»
6. 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.
7. 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
8. Сайт эксперыменту CAST (CERN Axion Solar Telescope) Архівавана 15 красавіка 2013.
9. L. D. Duffy et al., A High Resolution Search for Dark-Matter Axions, Phys. Rev. D 74, 012006 (2006); гл. таксама препрынт
10. Сайт эксперыменту ADMX Архівавана 29 верасня 2006.
11. http://www.springerlink.com/index/N510QL1R33X37427.pdf(недаступная спасылка) Astrophysical axion bounds. G Raffelt — Axions, 2008 — Springer.