Аксион
Шаблон:Информация о частице Аксио́н (англ. Шаблон:Lang-en2 от axial + -on<ref>Dictionary.com, "axion, " in Online Etymology Dictionary. Source: Douglas Harper, Historian. http://dictionary.reference.com/browse/axion Шаблон:Wayback. Accessed: February 11, 2012.</ref>) — гипотетическая нейтральная<ref name="comp1">Шаблон:Cite web</ref> псевдоскалярная элементарная частица, квант поля, постулированного для сохранения CP-инвариантности в квантовой хромодинамике в 1977 году Роберто Печчеи (R. D. Peccei) и Хелен Квинн (H. R. Quinn)<ref>Шаблон:Cite doi</ref><ref>Шаблон:Cite doi</ref> (см. Теория Печчеи — Квинн). Аксион должен представлять собой псевдоголдстоуновский бозон, возникающий в результате спонтанного нарушения симметрии Печчеи — Квинн.
Название
Название частице дано Фрэнком Вильчеком<ref>Шаблон:Cite doi</ref> по торговой марке стирального порошка<ref>Шаблон:Cite doi;
Существует русский перевод: Шаблон:Cite doi.
Цитата: «particles, axions. (I named them after a laundry detergent, since they clean up a problem with an axial current.)»
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, а также из-за связи с аксиальным током. Стивен Вайнберг, независимо от Вильчека (но на неделю позже) предположивший<ref>Шаблон:Cite doi</ref> существование этих частиц, хотел дать им название «хигглет» (higglet), однако после обсуждения с Вильчеком согласился с «аксионом»<ref name=wil16>Шаблон:Статья</ref>.
Свойства аксионов
Аксион должен распадаться на два фотона<ref name="comp1" />, его масса зависит от величины вакуумного ожидания полей Хиггса Шаблон:Math как Шаблон:Math. В оригинальной теории Печчеи — Квинн Шаблон:Nobr и масса аксиона Шаблон:Nobr, что, однако, противоречит экспериментальным данным по распаду кваркониев — [[чармоний|Шаблон:Math]] и [[боттомоний|Шаблон:Mathмезонов]], состоящих из однотипных кварка и антикварка. В модифицированной в рамках Великого Объединения теории значения Шаблон:Math 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 Шаблон:Math; 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)<ref>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.</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;
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 хиггсовских дублетов.
Аксион рассматривается как один из кандидатов на роль частиц, составляющих «тёмную материю»<ref name="comp1" /><ref name="nplus1_12_07_2018">Шаблон:Cite web</ref> — небарионную составляющую скрытой массы в 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> < 1,16Шаблон:E ГэВ−1 Шаблон:Нет АИ.
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.pdfШаблон:Недоступная ссылка Astrophysical axion bounds. G Raffelt — Axions, 2008 — Springer.</ref>, аналогично процессу нейтринного охлаждения.
Эксперименты по обнаружению
Аксионы, летящие от Солнца, в магнитном поле Земли могут за счёт обратного 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 Солнечной короны — излучение Солнцем аксионов или аксионоподобных частиц, которые превращаются в фотоны в областях с сильным магнитным полем<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
С 2003 г. в ЦЕРНе проводится эксперимент CAST (CERN Axion Solar Telescope)<ref>Шаблон:Cite web</ref> по обнаружению аксионов, предположительно испускаемых вследствие эффекта Примакова разогретой до ~15Шаблон:E 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)<ref>L. D. Duffy et al., A High Resolution Search for Dark-Matter Axions, Phys. Rev. D 74, 012006 (2006); см. также препринт Шаблон:Wayback</ref><ref>Сайт эксперимента ADMX Шаблон:Webarchive</ref> 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<ref name="WMN201803">Шаблон:Статья</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 Шаблон:Нет АИ.
В настоящее время в ЦЕРНе идёт разработка четвёртого поколения солнечного гелиоскопа IAXO — the International Axion Observatory<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
В 2014 году астроном британского 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>Ищут давно, но не могут найти Шаблон:Wayback / 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 (Шаблон:Nobr) области спектра электронов отдачи было зарегистрировано 285 событий, что на 53 штуки, или на 3,5[[стандартное отклонение|Шаблон:Math]], больше, чем предсказано теорией. Были рассмотрены три возможных объяснения: существование гипотетических солнечных аксионов, наличие у нейтрино магнитного момента 7Шаблон:E [[магнетон Бора|Шаблон:Math]] или загрязнение детектора 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>Шаблон:Cite arxiv</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>.
В январе 2021 было обнаружено жёсткое рентгеновское излучение, исходящее от изолированных нейтронных звёзд знаменитой Великолепной семёрки, источником этого излучения могут быть аксионы, распадающиеся на два фотона в сильных магнитных полях нейтронных звёзд<ref>Шаблон:Cite web</ref>.