Оглавление
- 1 Аксион
- 1.1 История аксионов
- 1.2 Проблема сильного CP
- 1.3 Механизм Печчеи-Куинна
- 1.4 Аксионная темная материя
- 1.5 Сценарии эволюции аксионного поля
- 1.6 Феноменология аксионного поля
- 1.7 Эксперименты
- 1.8 Исключенные модели аксионов
- 1.9 Эксперименты с поляризованным светом
- 1.10 Свет, проходящий сквозь стены
- 1.11 Астрофизический аксионный поиск
- 1.12 Поиски резонансных эффектов
- 1.13 Поиски отдачи от темной материи
- 1.14 Ядерная спиновая прецессия
- 1.15 Поиски на коллайдерах
- 1.16 Спорные обнаружения
- 1.17 Свойства аксионов
- 1.18 Космологические следствия
- 1.19 Аксионы и темная материя
- 1.20 Структура аксионов в галактиках
- 1.21 Аксионные облака и быстрые радиовсплески
- 1.22 Влияние аксионного поля на раннюю Вселенную
- 1.23 Суперсимметрия и аксионы
- 1.24 Полный текст статьи:
- 2 Аксион
Аксион
-
История аксионов
- Аксионы были предложены в 1978 году Фрэнком Вильчеком и Стивеном Вайнбергом как голдстоуновский бозон в теории Печчеи-Куинна.
- Теория Печчеи-Куинна решает проблему сильного CP в квантовой хромодинамике.
-
Проблема сильного CP
- Сильные взаимодействия в КХД могут нарушать комбинированные симметрии зарядового сопряжения и четности (CP).
- Большие CP-нарушающие взаимодействия вызвали бы большой электрический дипольный момент у нейтрона, что противоречит экспериментальным ограничениям.
-
Механизм Печчеи-Куинна
- В 1977 году Роберто Печчеи и Хелен Куинн предложили механизм Печчеи-Куинна для решения проблемы сильного CP.
- Механизм включает новую глобальную симметрию, спонтанно нарушаемую, что приводит к появлению аксиона.
-
Аксионная темная материя
- Аксионы с массой менее 60 кэВ могут быть долгоживущими и слабо взаимодействующими, что делает их кандидатами на темную материю.
- Колебания аксионного поля генерируют космологическую популяцию холодных аксионов.
-
Сценарии эволюции аксионного поля
- Прединфляционный сценарий: аксионное поле однородно в пределах Вселенной, но требует низкоэнергетической инфляции.
- Постинфляционный сценарий: аксионное поле рандомизировано, что требует численного решения уравнения движения поля.
-
Феноменология аксионного поля
- Аксионы с очень слабой связью очень легкие и могут быть обнаружены на Земле.
- Пьер Сикиви вычислил уравнения Максвелла с аксионными модификациями, что привело к ряду экспериментов.
-
Эксперименты
- В настоящее время ведется несколько экспериментов по поиску аксионов, использующих слабое взаимодействие аксионов с фотонами в сильных магнитных полях.
- Аксионы также являются кандидатами на роль частиц темной материи и могут быть обнаружены в экспериментах с темной материей.
-
Исключенные модели аксионов
- ADMX исключил оптимистичные модели в диапазоне 1,9–3,53 мкэВ
- В декабре 2021 года исключен диапазон 3,3–4,2 мкэВ для модели KSVZ
-
Эксперименты с поляризованным светом
- PVLAS исследует изменения поляризации света в магнитном поле
- Эксперименты исключили аксионную причину
-
Свет, проходящий сквозь стены
- Эксперименты BFRS и команды Риццо исключили аксионную причину
- ALPS I и II установили новые ограничения
- OSQAR не обнаружил сигнала
-
Астрофизический аксионный поиск
- Аксионы могут иметь характерные признаки в астрофизических условиях
- Международная обсерватория Аксион (IAXO) предлагает гелиоскоп четвертого поколения
- Аксионы могут образовываться в ядре Солнца и нейтронных звезд
-
Поиски резонансных эффектов
- Резонансные эффекты могут быть очевидны в джозефсоновских переходах
- ORGAN планирует провести прямую проверку
-
Поиски отдачи от темной материи
- Криогенные детекторы искали отдачу электронов
- XENON100 установил наилучшие пределы сцепления
-
Ядерная спиновая прецессия
- Аксион индуцирует колеблющийся ядерный ЭДМ
- Эксперимент CASPEr использует прецессионную магнитометрию
-
Поиски на коллайдерах
- Аксионы могут образовываться на коллайдерах
- Поиск аномальных распадов бозона Хиггса может обеспечить строгие ограничения
-
Спорные обнаружения
- В 2014 году сообщалось о сезонных колебаниях рентгеновского излучения
- Итальянские исследователи оспаривают интерпретацию
- В 2020 году XENON1T показал результаты, свидетельствующие об открытии солнечных аксионов
-
Свойства аксионов
- Аксионы имеют малую массу и низкие сечения взаимодействия
- Аксионы превращаются в фотоны в магнитных полях
-
Космологические следствия
- Аксионы могли быть созданы в изобилии во время Большого взрыва
- Сверхлегкий аксион (ULA) решает мелкомасштабные проблемы CDM
-
Аксионы и темная материя
- Аксионы с малой массой могут объяснить проблему темной материи.
- Низкая константа связи аксионов предотвращает их распад, что делает их холодными Бозе-эйнштейновскими конденсатами.
- Наблюдательные исследования пока недостаточно чувствительны для подтверждения аксионов как темной материи.
-
Структура аксионов в галактиках
- Аксионы с малой массой могут образовывать плотные кольца в галактиках.
- Эти кольца могут влиять на структуру и вращение галактик.
- Другие кандидаты в холодную темную материю, такие как слабаки и мачо, также могут образовывать кольца, но менее четко очерченные.
-
Аксионные облака и быстрые радиовсплески
- Аксионные облака вокруг черных дыр могут излучать электромагнитные волны.
- Корректировка массы аксионов объясняет светимость и длину волны быстрых радиовсплесков.
- В 2022 году гипотеза была использована для определения массы аксиона на основе данных M87.
-
Влияние аксионного поля на раннюю Вселенную
- Аксионное поле могло повлиять на эволюцию ранней Вселенной, создав дисбаланс между веществом и антивеществом.
- Это может решить проблему барионной асимметрии.
-
Суперсимметрия и аксионы
- В суперсимметричных теориях аксион имеет скалярного и фермионного суперпартнера.
- Фермионный суперпартнер называется аксино, скалярный — саксион или дилатон.
- Аксино считается кандидатом на роль темной материи из-за своей легкости.