Просмотр кода страницы Аксион

{{Информация о частице
 |имя                     = Аксион
 |символ                  = {{SubatomicParticle|Аксион}} или {{math|''a''}}
 |состав                  = [[Элементарная частица]]
 |семья                   = [[Бозон]]
 |группа                  = [[Теорема Голдстоуна|Голдстоуновский бозон]]
 |взаимодействие          = [[Электромагнитное взаимодействие|Электромагнитное]], <br />[[Гравитация|гравитационное]]
 |статус                  = Гипотетическая
 |теоретически_обоснована = 1977, [[Печчеи, Роберто|Роберто Печчеи]] и [[Квинн, Хелен|Хелен Квинн]]
 |масса                   = От 10<sup>−18</sup> до 1&nbsp;[[электронвольт|МэВ]]/[[скорость света|''c'']]<sup>2</sup>
 |каналы_распада          = {{SubatomicParticle|Axion}} &rarr; {{SubatomicParticle|фотон}} + {{SubatomicParticle|фотон}}
 |электрический_заряд     = 0
 |спин                    = 0
 |внутренняя_чётность     = −
}}
'''Аксио́н''' ({{lang-en|axion}} от ''axial'' + ''-on''<ref>Dictionary.com, "axion, " in '''Online Etymology Dictionary'''. Source: Douglas Harper, Historian. http://dictionary.reference.com/browse/axion {{Wayback|url=http://dictionary.reference.com/browse/axion |date=20120328121022 }}. Accessed: February 11, 2012.</ref>) — [[гипотеза|гипотетическая]] [[Электрический заряд|нейтральная]]<ref name="comp1">{{cite web|url=https://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10010498/|title=Аксионы, быть может, уже обнаружены|author=Александр Березин|date=2013-12-06|publisher=[[Компьюлента-Онлайн]]|accessdate=2013-12-30|archiveurl=https://web.archive.org/web/20131230211615/https://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10010498/|archivedate=2013-12-30}}</ref> [[псевдоскаляр]]ная [[элементарная частица]], квант поля, [[постулат|постулированного]] для сохранения [[CP-инвариантность|CP-инвариантности]] в [[Квантовая хромодинамика|квантовой хромодинамике]] в [[1977]] году [[Печчеи, Роберто|Роберто Печчеи]] (R. D. Peccei) и [[Квинн, Хелен|Хелен Квинн]] (H. R. Quinn)<ref>{{cite doi|10.1103/PhysRevLett.38.1440}}</ref><ref>{{cite doi|10.1103/PhysRevD.16.1791}}</ref> (см. [[Теория Печчеи — Квинн]]). Аксион должен представлять собой псевдоголдстоуновский [[Бозон (элементарная частица)|бозон]], возникающий в результате спонтанного нарушения [[Теория Печчеи — Квинн|симметрии Печчеи — Квинн]].

== Название ==
Название частице дано [[Вильчек, Франк|Фрэнком Вильчеком]]<ref>{{cite doi|10.1103/PhysRevLett.40.279}}</ref> по торговой марке стирального порошка<ref>{{cite doi|10.1073/pnas.0501642102}}; <br>Существует русский перевод: {{cite doi|10.3367/UFNr.0175.200512g.1325}}. <br>Цитата: «particles, axions. (I named them after a laundry detergent, since they clean up a problem with an axial current.)» <br>Перевод: «частиц — аксионов. (Я назвал их в честь моющего средства, поскольку они расчистили проблему с аксиальными токами.)»</ref>, так как аксион должен был «очистить» квантовую хромодинамику от проблемы сильного CP-нарушения<!-- синонимичны ли problem with axial current и сильное ЦП-нарушение? -->, а также из-за связи с [[аксиальный ток|аксиальным током]]. [[Стивен Вайнберг]], независимо от Вильчека (но на неделю позже) предположивший<ref>{{cite doi|10.1103/PhysRevLett.40.223}}</ref> существование этих частиц, хотел дать им название «хигглет» (''higglet''), однако после обсуждения с Вильчеком согласился с «аксионом»<ref name=wil16>{{статья|автор=Wilczek F.|заглавие=Time’s (Almost) Reversible Arrow|издание=Quanta Magazine|год=January 7, 2016|ссылка=https://www.quantamagazine.org/how-axions-may-explain-times-arrow-20160107|archivedate=2017-09-12|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170912055627/https://www.quantamagazine.org/how-axions-may-explain-times-arrow-20160107}}</ref>.

== Свойства аксионов ==
Аксион должен распадаться на два [[фотон]]а<ref name="comp1" />, его [[масса]] зависит от величины [[вакуумное ожидание|вакуумного ожидания]] [[поле Хиггса|полей Хиггса]] {{math|''V''}} как {{math|~1/''V''}}. В оригинальной теории Печчеи — Квинн {{nobr|{{math|''V''}} ~ 100 Г[[эВ]]}} и масса аксиона {{nobr|~ 100 к[[эВ]]}}, что, однако, противоречит экспериментальным данным по распаду [[кварконий|кваркониев]] — [[чармоний|{{math|ψ-}}]] и [[боттомоний|{{math|Υ-}}мезонов]], состоящих из однотипных кварка и антикварка. В модифицированной в рамках [[Великое Объединение|Великого Объединения]] теории значения {{math|''V''}} значительно выше, и аксион должен быть очень слабо взаимодействующей с барионным веществом<ref name="comp1" /> частицей малой массы. Существуют работы, вводящие шкалу масс, связанную с массой аксиона, значительно выше {{math|''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 [[лептон]]ов) заряд Печчеи — Квинн и связанные с так называемым ''адронным'' аксионом (или ''KSVZ-аксионом'', аксионом Кима — Шифмана — Вайнштейна — Захарова)<ref>J.E. Kim, Phys. Rev. Lett. '''43''' (1979), p. 103;<br />
M.A. Shifman, A.I. Vainstein, and V.I. Zakharov, Nucl. Phys. B '''166''' (1980), p. 493.</ref>. Во второй модели (так называемый ''GUT-аксион'', ''DFSZ-аксион'', или аксион Дайна — Фишлера — Средницкого — Житницкого)<ref>A.R. Zhitnitsky, Sov. J. Nucl. Phys. '''31''' (1980), p. 260;<br /> M. Dine, W. Fischler, and M. Srednicki, Phys. Lett. B '''104''' (1981), p. 199</ref> отсутствуют дополнительные кварки, все кварки и лептоны несут заряд Печчеи — Квинн и, кроме того, необходимо существование двух [[Бозон Хиггса|хиггсовских]] дублетов.

Аксион рассматривается как один из кандидатов на роль частиц, составляющих «тёмную материю»<ref name="comp1" /><ref name="nplus1_12_07_2018">{{Cite web |url=https://nplus1.ru/news/2018/07/12/axions-precession |title=Прецессия спина электрона поможет найти аксионы, 12.07.2018 |access-date=2018-07-20 |archive-date=2018-07-20 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180720165513/https://nplus1.ru/news/2018/07/12/axions-precession |deadlink=no }}</ref> — [[Барион|небарионную]] составляющую [[Скрытая масса|скрытой массы]] в [[Космология|космологии]].

В течение [[2003]]—[[2004]] годов был выполнен поиск аксионов с массой до 0,02 [[эВ]]. Аксионы обнаружить не удалось и был определён верхний предел константы фотон-аксионного взаимодействия <math>g_{a\gamma}</math> < 1,16{{e|−10}} Г[[эВ]]<sup>−1</sup> {{Нет АИ|2|9|2011}}.

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<ref>http://www.springerlink.com/index/N510QL1R33X37427.pdf{{Недоступная ссылка|date=2020-03|bot=InternetArchiveBot }} Astrophysical axion bounds. G Raffelt — Axions, 2008 — Springer.</ref>, аналогично процессу [[Нейтринное охлаждение|нейтринного охлаждения]].

== Эксперименты по обнаружению ==
Аксионы, летящие от Солнца, в магнитном поле Земли могут за счёт обратного [[Эффект Примакова|эффекта Примакова]] превращаться в фотоны с энергией рентгеновского диапазона. В данных европейского космического рентгеновского телескопа [[XMM-Newton]] (Multi Mirror Mission) было обнаружено, что интенсивность рентгеновского излучения, зарегистрированного зондом из области сильного магнитного поля на солнечной стороне Земли, несколько выше сигнала от магнитосферы с теневой стороны планеты. Если учесть все известные источники рентгеновского излучения, то фоновый сигнал должен быть одинаковым из областей с сильным и слабым полем<ref name=tv173/>. Один из возможных механизмов нагрева [[Солнечная корона|Солнечной короны]] — излучение Солнцем аксионов или аксионоподобных частиц, которые превращаются в фотоны в областях с сильным магнитным полем<ref>{{Cite web |url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/34259 |title=The enigmatic Sun: a crucible for new physics |access-date=2014-09-27 |archive-date=2015-02-17 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150217004434/http://cerncourier.com/cws/article/cern/34259 |deadlink=no }}</ref>.

С [[2003]] г. в [[ЦЕРН]]е проводится эксперимент [[CAST (эксперимент)|CAST]] (CERN Axion Solar Telescope)<ref>{{Cite web |url=http://cast.web.cern.ch/CAST/ |title=Сайт эксперимента CAST (CERN Axion Solar Telescope) |accessdate=2005-09-02 |archive-date=2013-04-15 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130415142314/http://cast.web.cern.ch/CAST/ |deadlink=yes }}</ref> по обнаружению аксионов, предположительно испускаемых вследствие [[эффект Примакова|эффекта Примакова]] разогретой до ~15{{e|6}} K [[Плазма (агрегатное состояние)|плазмой]] [[Солнце|солнечного]] ядра. Детектор основан на обратном [[эффект Примакова|эффекте Примакова]] — превращении аксиона в [[фотон]], индуцированном [[Магнитное поле|магнитным полем]]. Проводятся и другие эксперименты, направленные на поиск потока аксионов, излучаемых [[Солнечное ядро|ядром Солнца]].

Эксперимент ADMX (Axion Dark Matter Experiment)<ref>L. D. Duffy et al., ''A High Resolution Search for Dark-Matter Axions'', Phys. Rev. D '''74''', 012006 (2006); см. также [https://arxiv.org/abs/astro-ph/0603108 препринт] {{Wayback|url=https://arxiv.org/abs/astro-ph/0603108 |date=20200726123012 }}</ref><ref>[http://www-pat.llnl.gov/N_Div/Axion/axion.html Сайт эксперимента ADMX] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060929051422/http://www-pat.llnl.gov/N_Div/Axion/axion.html |date=2006-09-29 }}</ref> проводится в [[Ливерморская национальная лаборатория|Ливерморской национальной лаборатории]] (Калифорния, США) с целью поиска аксионов, предположительно образующих [[скрытая масса|невидимое гало]] нашей [[Млечный Путь|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<ref name="WMN201803">{{статья |автор=Лесли Розенберг |заглавие=В поисках темноты |издание=[[В мире науки]] |год=2018 |номер=3 |страницы=76—85 |ссылка=https://sciam.ru/articles/details/v-poiskax-temnoty |archivedate=2018-04-04 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20180404073034/https://sciam.ru/articles/details/v-poiskax-temnoty }}</ref>.

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 {{Нет АИ|2|9|2011}}.

В настоящее время в [[ЦЕРН]]е идёт разработка четвёртого поколения солнечного гелиоскопа IAXO — the International Axion Observatory<ref>{{Cite web |url=http://iaxo.web.cern.ch/content/home-international-axion-observatory |title=The International Axion Observatory (IAXO) |access-date=2015-04-18 |archive-date=2015-04-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150418132716/http://iaxo.web.cern.ch/content/home-international-axion-observatory |deadlink=no }}</ref>.

В 2014 году астроном британского [[Университет Лестера|Университета Лестера]] Джордж Фрейзер (George Fraser) и его соавторы заявили, что обнаружили косвенные подтверждения существования аксионов в данных космического рентгеновского телескопа [[XMM-Newton]]<ref name=tv173>[http://elementy.ru/lib/432558 Ищут давно, но не могут найти] {{Wayback|url=http://elementy.ru/lib/432558 |date=20150417184833 }} / Владислав Кобычев, Сергей Попов // «Троицкий вариант» № 4 (173), 24 февраля 2015 года</ref>.

В 2018 году опубликовано<ref name="nplus1_12_07_2018" /> описание эксперимента по обнаружению аксионов за счёт измерения прецессии спина электрона.

В июне 2020 года коллаборация XENON сообщила, что в их установке XENON1T в низкоэнергетической ({{nobr|1...30 кэВ}}) области спектра электронов отдачи было зарегистрировано 285 событий, что на 53 штуки, или на 3,5[[стандартное отклонение|{{math|σ}}]], больше, чем предсказано теорией. Были рассмотрены три возможных объяснения: существование гипотетических солнечных аксионов, наличие у [[нейтрино]] [[Магнитный момент|магнитного момента]] 7{{e|-11}} [[магнетон Бора|{{math|μ<sub>B</sub>}}]] или загрязнение детектора [[тритий|тритием]] в ультраследовых количествах. Пока недостаточно данных для однозначного выбора из одного из этих трёх объяснений, обновление эксперимента до XENONnT в будущем должно будет решить эту проблему<ref>{{Cite arxiv|author=Aprile E. et al. (XENON Collaboration)|eprint=2006.09721v1|title=Observation of Excess Electronic Recoil Events in XENON1T}}</ref><ref>{{Cite web|last=Wolchover|first=Natalie|date=2020-06-17|title=Dark Matter Experiment Finds Unexplained Signal|url=https://www.quantamagazine.org/dark-matter-experiment-finds-unexplained-signal-20200617/|archive-url=https://web.archive.org/web/20200617231846/https://www.quantamagazine.org/dark-matter-experiment-finds-unexplained-signal-20200617/|archive-date=2020-06-17|access-date=2020-06-18|website=Quanta Magazine|language=en|deadlink=no}}</ref>.

В январе 2021 было обнаружено жёсткое рентгеновское излучение, исходящее от изолированных нейтронных звёзд знаменитой [[Великолепная семёрка (астрономия)|Великолепной семёрки]], источником этого излучения могут быть аксионы, распадающиеся на два фотона в сильных магнитных полях нейтронных звёзд<ref>{{Cite web |url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.021102 |title=Phys. Rev. Lett. 126, 021102 (2021) - Axion Emission Can Explain a New Hard X-Ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2021-01-26 |archive-date=2021-01-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210125200459/https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.021102 |deadlink=no }}</ref>.

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [http://pdg.lbl.gov/2014/reviews/rpp2014-rev-axions.pdf Теоретические предпосылки существования аксиона, лабораторные и астрофизические ограничения на его параметры в обзоре в Review of Particle Properties] на сайте [[Particle Data Group]], [[2014 год]]
{{ВС}}
{{Гипотетические частицы}}

[[Категория:Тёмная материя]]
[[Категория:Спонтанное нарушение симметрии]]
[[Категория:Астрономические гипотезы]]
[[Категория:Истинно нейтральные частицы]]
[[Категория:Космомикрофизика]]