Axión ( A0 oun ) | |
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Compuesto | Partícula elemental |
Una familia | bosón |
Grupo | bosón de Goldstone |
Participa en interacciones |
electromagnético , gravitacional |
Estado | Hipotético |
Peso | De 10 −18 a 1 MeV / s 2 |
canales de descomposición |
A0 → γ + γ |
Teóricamente justificado | 1977, Roberto Peccei y Helen Quinn |
números cuánticos | |
Carga eléctrica | 0 |
Girar | 0 ħ |
paridad interna | − |
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Axion ( del inglés axion de axial + -on [1] ) es una partícula elemental pseudoescalar neutra [2] hipotética , un cuanto de campo, postulado para preservar la invariancia de CP en la cromodinámica cuántica en 1977 por Roberto Peccei (RD Peccei) y Helen Quinn (HR Quinn) [3] [4] (ver teoría de Peccei-Quinn ). El axión debe ser un pseudo- bosón de Goldstone resultante de la ruptura espontánea de la simetría de Peccei-Quinn .
El nombre de la partícula fue dado por Frank Wilczek [5] después de la marca registrada de detergente en polvo [6] , ya que se suponía que el axión "limpiaría" la cromodinámica cuántica del problema de la fuerte violación de CP, y también debido a la conexión con el corriente axial . Steven Weinberg , independientemente de Wilczek (pero una semana después) sugirió [7] la existencia de estas partículas, quiso darles el nombre de "higglet" ( higglet ), pero tras discutirlo con Wilczek estuvo de acuerdo con el de "axión" [8] .
El axión debe decaer en dos fotones [2] , su masa depende del valor de la expectativa de vacío de los campos de Higgs V como ~1/ V . En la teoría original de Peccei-Quinn, V ~ 100 G eV y la masa del axión ~ 100 k eV , lo que, sin embargo, contradice los datos experimentales sobre la descomposición de quarkonia - ψ- y Υ- mesones , que consisten en el mismo tipo de quark y antiquark En la teoría modificada en el marco de la Gran Unificación , los valores de V son mucho más altos, y el axión debe ser una partícula de baja masa interactuando muy débilmente con la materia bariónica [2] . Hay trabajos que introducen una escala de masas relacionada con la masa del axión muy por encima de V ; esto conduce a una constante de acoplamiento mucho más baja del axión con otros campos y resuelve el problema de la no observación de esta partícula en los experimentos existentes. Dos modelos de este tipo son ampliamente discutidos. En uno de ellos se introducen nuevos quarks que portan (a diferencia de los conocidos quarks y leptones ) la carga Peccei-Quinn y se asocian al llamado axión hadrónico (o KSVZ-axion, el axión de Kim-Shifman-Weinstein-Zakharov) [9] . En el segundo modelo (el llamado GUT- axion , DFSZ-axion o Dyne-Fischler-Srednitsky-Zhitnitsky axion) [10] , no hay quarks adicionales, todos los quarks y leptones llevan una carga de Peccei-Quinn y, además, es necesaria la existencia de dos dobletes de Higgs .
El axión se considera como uno de los candidatos para el papel de las partículas que componen la "materia oscura" [2] [11] - el componente no bariónico de la masa oscura en cosmología .
Durante 2003-2004 se realizó una búsqueda de axiones con una masa de hasta 0,02 eV . No se pudieron detectar axiones y se determinó el límite superior de la constante de interacción fotón-axión < 1.16⋅10 −10 G eV −1 .
Las restricciones astrofísicas sobre la masa del axión y su constante de acoplamiento con el fotón se derivan de la tasa de pérdida de energía observada por las estrellas (gigantes rojas, supernova SN1987A , etc.). El nacimiento de axiones en el interior de una estrella conduciría a su enfriamiento acelerado [12] , similar al proceso de enfriamiento de los neutrinos .
Los axiones que vuelan desde el Sol en el campo magnético de la Tierra pueden, debido al efecto Primakov inverso , convertirse en fotones con energía de rayos X. En los datos del Telescopio Espacial Europeo de Rayos X Espaciales XMM-Newton (Misión Multi Espejo), se encontró que la intensidad de la emisión de rayos X registrada por la sonda de la región de un fuerte campo magnético en el lado solar de la Tierra está ligeramente más alta que la señal de la magnetosfera del lado oscuro del planeta. Si tenemos en cuenta todas las fuentes conocidas de radiación de rayos X, la señal de fondo debería ser la misma para las regiones con campos fuertes y débiles [13] . Uno de los posibles mecanismos de calentamiento de la corona solar es la emisión de axiones o partículas similares a axiones por parte del Sol, que se convierten en fotones en regiones con un fuerte campo magnético [14] .
Desde 2003 , el experimento CAST ( CERN Axion Solar Telescope) [15] se lleva a cabo en el CERN para detectar axiones supuestamente emitidos por el plasma del núcleo solar calentado a ~15⋅10 6 K debido al efecto Primakov . El detector se basa en el efecto Primakov inverso : la transformación de un axión en un fotón inducido por un campo magnético . Se están realizando otros experimentos destinados a buscar el flujo de axiones emitidos por el núcleo del Sol.
El experimento ADMX (Axion Dark Matter Experiment) [16] [17] se lleva a cabo en el Laboratorio Nacional de Livermore (California, EE. UU.) con el fin de buscar axiones que presumiblemente forman el halo invisible de nuestra Galaxia . Este experimento utiliza un fuerte campo magnético para convertir axiones en fotones de RF; el proceso es mejorado por una cavidad resonante sintonizada a frecuencias en el rango de 460 a 810 MHz , de acuerdo con la masa predicha del axión [18] .
Los autores del experimento PVLAS en 2006 anunciaron el descubrimiento de la birrefringencia y rotación del plano de polarización de la luz en un campo magnético, lo que fue interpretado como la posible ocurrencia de axiones reales o virtuales en el haz de fotones. Sin embargo, en 2007, los autores explicaron estos resultados como consecuencia de algunos efectos no explicados en la configuración experimental. .
Actualmente, el CERN está desarrollando la cuarta generación del helioscopio solar IAXO: el Observatorio Internacional Axion [19] .
En 2014, el astrónomo George Fraser de la Universidad de Leicester y sus coautores anunciaron que habían encontrado evidencia indirecta de la existencia de axiones en los datos del telescopio espacial de rayos X XMM-Newton [13] .
En 2018, se publicó una descripción de un experimento sobre la detección de axiones midiendo la precesión del espín de los electrones [11] .
En 2020, científicos de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) pudieron confirmar la falacia de algunas variantes de la teoría de cuerdas , que predecían la existencia de axiones con determinadas características. Al mismo tiempo, los científicos no excluyen la posibilidad de que pueda haber partículas similares a axiones con valores de convertibilidad más bajos que siguen siendo inaccesibles para los métodos de observación modernos [20] .
En junio de 2020, la colaboración XENON informó que se registraron 285 eventos en su instalación XENON1T en la región de baja energía ( 1...30 keV ) del espectro de electrones de retroceso, que son 53 eventos, o 3,5 σ , más de lo previsto por teoría. Se consideraron tres posibles explicaciones: la existencia de hipotéticos axiones solares, la presencia de un momento magnético de 7⋅10 -11 μ B en los neutrinos o la contaminación del detector con tritio en cantidades ultratrazas. Si bien no hay suficientes datos para elegir sin ambigüedades entre una de estas tres explicaciones, una actualización del experimento a XENONnT en el futuro debería resolver este problema [21] [22] .
En enero de 2021, se detectaron rayos X duros que emanaban de estrellas de neutrones aisladas de los famosos Siete Magníficos , la fuente de esta radiación puede ser axiones que se descomponen en dos fotones en los fuertes campos magnéticos de las estrellas de neutrones [23] .
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