Аксіён

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

Назва часціцы дадзена Фрэнкам Вільчэкам па гандлёвай марцы пральнага парашка , 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 $V$ ГэВ і маса аксіёна ~ 100 кэВ, што, аднак, супярэчыць эксперыментальным дадзеным па распаду $\psi$- і $\Upsilon$-часціц. У мадыфікаванай у рамках Вялікага Аб’яднання тэорыі значэнні $V$ 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 $V$; 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) . У другой мадэлі (так званы GUT-аксіён, DFSZ-аксіён, або аксіён Дайн-Фішлера-Срэдніцкага-Жытніцкага) 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) 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) 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 $g_{a\gamma }$ < 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 .

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.