Поиск резонансного поглощения аксионов, излучаемых при М1-переходе 57Fe на Солнце - Физика и энергетика дипломная работа

Главная

Физика и энергетика
Поиск резонансного поглощения аксионов, излучаемых при М1-переходе 57Fe на Солнце

Излучение и поглощение аксионов в ядерных переходах магнитного типа. Аксион-электронное и - фотонное взаимодействие. Конверсия аксиона в фотон в лабораторном магнитном поле. Поток и энергетический спектр солнечных аксионов, излучаемых в М1-переходе 57Fe.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Поиск резонансного поглощения аксионов, излучаемых при М1 -п ереходе 57 Fe на Солнце
Современная теория элементарных частиц и их взаимодействий хорошо описывает подавляющее большинство экспериментальных результатов. К нерешенным проблемам, таким как вопрос о природе холодной темной материи, ненаблюдаемые до сих пор частицы Хиггса и др., следует отнести и проблему отсутствия СР-несохранения в сильных взаимодействиях. Экспериментальный верхний предел для СР-несохраняющего параметра составляет и ? 10 -9 . Малое значение данной величины по сравнению с другими параметрами, входящими в лагранжиан квантовой хромодинамики (КХД), продолжает оставаться загадкой на протяжении нескольких десятилетий.
Наиболее естественное решение было предложено Печчеи (Peccei) и Квинн (Quinn) путем введения новой глобальной киральной симметрии, спонтанное нарушение которой при энергии f A позволяет точно скомпенсировать СР-несохраняющий член в лагранжиане КХД []. Вайнберг [] и Вилчек [] показали, что спонтанное нарушение PQ-симметрии при энергии f A должно приводить к возникновению новой нейтральной псевдоскалярной частицы - аксиона.
В первоначальной модели «стандартного» или PQWW-аксиона предполагалось, что нарушение симметрии происходит на масштабе электрослабой шкалы f A ~ (G F ) -1/2 ? 250 ГэВ, при этом масса аксиона оказывалась порядка (0.1 - 1.0) МэВ. Существование «стандартного» аксиона, было надежно закрыто целой серией экспериментов, выполненных с искусственными радиоактивными источниками, на реакторах и ускорителях. В реакторных экспериментах и в экспериментах с искусственными радиоактивными источниками проводился поиск распада аксиона на два -кванта, в ускорительных экспериментах пытались обнаружить распады К - мезонов (K + + +А) и тяжелых кваркониев с излучением аксиона (/JА+ и А+), а также распады самого аксиона на электрон-позитронную пару (Ае + +е - ).
Два класса новых теоретических моделей «невидимого» аксиона сохранили аксион в том виде, в каком он нужен для решения проблемы СР-сохранения в сильных взаимодействиях, и в тоже время подавили его взаимодействие с фотонами (g Aг ), лептонами (g Aee ) и адронами (g AN ). Это модели «адронного» или KSVZ-аксиона [ , ], в которых требуется существование более тяжелого кварка и «GUT» или DFSZ-аксиона [ , ], в которых введены добавочные хиггсовские поля. Масштаб нарушения симметрии f A в обеих моделях оказывается произвольным и может быть продлен вплоть до планковской массы m P ? 10 19 ГэВ. Поскольку амплитуда взаимодействия аксиона с адронами и лептонами пропорциональна массе аксиона, соответственно будет подавлено взаимодействие аксиона с веществом.
Масса аксиона, равно как и эффективные константы связи g Aг , g Aee и g AN , оказывается обратно пропорциональна шкале нарушения симметрии, масса аксиона (в эВ) выражается через f A следующим образом:
где z и w - отношения масс легких кварков (z = m u /m d 0.59, w = m u /m s 0.029), m р и f р - масса и распадная константа р-мезона.
В результате, новые теоретические модели «невидимого» аксиона служат основанием для продолжения экспериментального поиска псевдоскалярной частицы, слабо взаимодействующей с веществом, с массой от 10 -12 эВ до десятков кэВ.
Другая причина интенсивных поисков аксиона обусловлена тем, что аксионы, вместе с классом слабовзаимодействующих массивных частиц, так называемых WIMPs (weakly interacting massive particles), являются наиболее популярными кандидатами на роль частиц, из которых состоит «темная материя» во Вселенной.
Таким образом, проблема экспериментального обнаружения аксиона является крайне актуальной задачей.
Если аксион существует, Солнце является мощным источником данных частиц. Одним из возможных источников солнечных аксионов являются переходы магнитного типа в ядрах, низколежащие уровни которых возбуждаются за счет высокой температуры. Наиболее интенсивный поток монохроматических аксионов от Солнца связан с М1-переходом в 57 Fe, между основным и первым ядерным уровнем.
Целью работы являлось проведение эксперимента по поиску резонансного поглощения солнечных аксионов, излучаемых при 14.4 кэВ переходе магнитного типа в ядре 57 Fe на Солнце. Основные задачи работы состояли в следующем:
1. Создание низкофоновой экспериментальной установки с Si(Li) - детекторами, включающей в себя пассивную и активную защиту и регистрирующую аппаратуру.
2. Создание программы накопления данных для низкофоновой установки, позволяющей проводить длительные измерения и контролирующей работу Si(Li) - детекторов и активной защиты.
3. Проведение измерений, математическая обработка измеренных спектров, заключающаяся в поиске пика с энергией 14.4 кэВ.
Работа была выполнена в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова Российской Академии Наук.
2. Вза и модействие аксионов с веществом
2 .1 Излучение и поглощение аксионов в яд ерных переходах магнитного типа
Аксион как псевдоскалярная частица может испускаться и поглощаться в ядерных магнитных переходах. Взаимодействие аксиона с нуклонами определятся константой связи g AN , которая состоит из изоскалярной, g AN 0 , и изовекторный, g AN 3 , частей [ 8.9 ]:
В моделях адронного аксиона константы g AN 0 и g AN 3 могут быть представлены в виде
где m N = 939 МэВ - масса нуклона; константы D и F выражаются через изовекторную, F A 3 = 1.25 и изоскалярную, F A 0 ? 3/5 F A 3 , константы связи р-мезона с нуклонами: 4F = (F A 0 + F A 3 ) и 4D = (3F A 3 F A 0 ). Точные значения параметров D и F, определенные из полулептонных распадов гиперонов, составляют D = 0.460 и F = 0.806 []. Значение параметра S, учитывающее вклад s-кварка, достаточно неопределенно (S = 0.3 ч 0.68). Согласно последним экспериментальным данным, S ? 0.4 []. В численном виде, изоскалярный g AN 0 и изовекторный g AN 3 параметры взаимодействия адронного аксиона с нуклоном могут быть представлены в виде, зависящем от массы аксиона (D = 0.460, F=0.806, S=0.68):
Аналогичные соотношения для g AN 0 и g AN 3 для DFSZ-аксиона более модельно зависимы, но имеют тот же порядок величины. Их численные значения лежат в интервале 0.31.5 от значений данных констант для адронного аксиона.
Отношение вероятности ядерного перехода с излучением аксиона (щ A ) к вероятности магнитного перехода (щ ), вычисленное в длинноволновом приближении, имеет вид[ , ]:
где p и p A - импульсы фотона и аксиона, = Е2/М1 = 0.0022 отношение вероятностей Е2- и М1-переходов, б ? 1/137 - постоянная тонкой структуры, µ 0 = µ р + µ n ? 0.88 и µ 3 = µ p µ n ? 4.71 изоскалярный и изовекторный ядерные магнитные моменты, в и з - параметры, зависящие от конкретных ядерных матричных элементов.
2 .2 Ак сион-электронное взаимодействие
Взаимодействие аксиона с электроном определяется лагранжианом:
где - безразмерная константа связи аксиона с электроном.Параметр связан с массой электрона , так что , где фактор порядка единицы, который зависит от конкретной модели аксиона. В стандартной PQWW-модели значения, =250 ГэВ, и фиксирован и . В DFSZ-модели, , где - неизвестный параметр модели, который определяется отношением введенных хиггсовских полей. Если принять , то константа связи аксиона с электроном выражается через массу аксиона следующим образом , если выражена в единицах эВ.
Адронный аксион не имеет прямого взаимодействия с электроном на древесном уровне, его взаимодействие с электроном обусловлено(вызвано) только радиационными поправками. Эффективная константа связи в этом случае оказывается равной:
где отношение E/N = 8/3 в DFSZ модели и E/N=0 для оригинальной KSVZ модели, Л ГэВ масштаб обрезания в шкале КХД. Поскольку взаимодействие адронного аксиона с электроном связано только с радиационными поправками, оно подавлено фактором~. Числовое значение , для значений E/N=8/3 и N=1, которые являются характерными для DFSZ моделей равно:
Взаимодействие (7) приводит к двум процессам, которые могут быть обнаружены экспериментально. Это комптоновский процесс A+e>г+e, который аналогичен комптоновскому рассеянию гамма-квантов и аксио-электрический эффект A + e + Z>e + Z, который есть аналог фотоэффекта.
Дифференциальное сечение для процесса A+e>г+e была вычислено и представляет:
где - энергия гамма-квантов, и - импульсы и энергия аксиона соответственно, и - угол между импульсами аксиона и испускаемого фотона и . Энергия электронов может быть найдена из сотношения .
Интегральное сечение рассеяние имеет сложный вид:
Сечения реакции A+e>г+e, рассчитанные для различных моделей аксиона (PQWW-, DFSZ- и KSVZ) как функция массы аксиона показана на рис. 1.
Рис. 1. Сечение комптоновской конверсии аксионов в фотон (1,2,3) и аксио-электрический эффект (4,5,6) 1-стандартный аксион, 2-DFSZ аксион, 3-KSVZ аксион
Для стандартного аксиона = m е /250 ГэВ и не зависит от массы аксиона. Поэтому зависимость сечения от m A связана только с кинематическим фактором. В DSFZ - модели g Ae зависит от массы как . Для адронного аксиона данная зависимость может быть рассчитана по формуле (8). Как можно видеть из кривой 1 на рис. 1, для стандартного аксиона кинематический фактор в (8) практически не зависит от и для < 200 КэВ и .
Другой процесс, связанный с аксио-электронным взаимодействием это - аксио-электрический эффект (аналог фотоэлектрического эффекта A+e+Z>e+Z). В этом процессе аксион исчезает, и электрон испускается из атома с энергией аксиона минус энергия связи электрона . Сечение аксио-электрического эффекта для электронов на K-оболочке при энергии аксиона выглядит следующим образом:
Сечение имеет зависимость , поэтому для поиска данного процесса следует использовать детекторы, рабочий материал которых имеет большое значение Z. Для атома углерода сечение составляет , что примерно на 3 порядка ниже, чем сечение комптоновской конверсии. Попытки обнаружить взаимодействие аксиона с электроном были сделаны в работах [].
2 .3 Аксион-фотонное взаимодействие
Лагранжиан взаимодействия аксиона с фотоном:
где F электро-магнитный тензор и константа взаимодействия аксиона с фотоном, имеющая размерностью (энергия) - 1 , которая выглядит как
где E/N это модельно зависимый параметр. E/N=8/3 в DFSZ модели () и E/N=0 для KSVZ модели (). Значение второго слагаемого в выражении (14) равно (1.950.08), поэтому аксион-фотонное взаимодействие может быть существенно подавлено в моделях аксиона, в которых E/N близко к двум.
Аксион-фотонное взаимодействие (13) приводит к распаду аксиона на два гамма-кванта и конверсии аксиона в фотон в поле ядра. Время жизни аксиона относительно распада на два фотона в системе центра масс составляет:
Для , измеряемого в секундах, g Aг - в ГэВ -1 и m A - в эВ, время жизни составляет:
Для m A = 1 эВ время жизни аксиона превышает возраст Вселенной.
При поиске солнечных аксионов следует учитывать возможность распада аксиона во время его полета до Земли. Аксион, испускаемый на Солнце может распасться при полете на Землю, что ограничивает изучение области больших значений .
Поток аксионов, достигший Земли, дается выражением:
Здесь L среднее расстояние между Солнцем и Землей и в =.
Число A> распадов в объеме детектора V выражается:
Функция , рассчитанная для модели KSVZ-аксиона, показана на рис. 2. для различных значений .
Эксперименты по поиску распада аксиона на два гамма-кванта не чувствительны к малым значениям , поскольку в этом случае мала вероятность распада аксиона внутри объема детектор. С другой стороны, эксперименты не чувствительны и к большим значениям , потому что в этом случае аксион распадается в течение его полета от Солнца.
Другой процесс, зависящий от взаимодействия, это эффект Примакова - конверсия аксиона в фотон в поле ядра >. Интегральное сечение данной реакции равняется:
Поскольку сечение зависит от атомного номера как Z 2 , поэтому для поиска такой конверсии, как и в случае аксио-электрического эффекта, следует использовать детекторы с большим Z.
Рис. 2. Ожидаемое число распадов A> (1) и числа конверсий > (эффект Примакова) (2) для KSVZ аксиона. Линии 3,4 построены из расчета, что аксион не распадается на Солнце
3 . Эксперименты по поиску аксионов
3 .1 Эксперименты по поиску « стандартного » аксиона
В оригинальной модели аксиона значение энергии, при которой происходит нарушение симметрии, определено f A ? 250 ГэВ, поэтому вероятности рассмотренных выше процессов могут быть точно вычислены. В первых экспериментах по поиску аксиона пытались обнаружить распад аксиона на электрон и позитрон: А е + + е - [ ,,, ]. Эта реакция возможна, если масса аксиона превышает 2m е . Время жизни аксиона относительно данного распада составляет:
Эксперименты были выполнены на ускорителях в схеме beam dump - высокоточный протонный пучок направлялся на медную мишень, аксионы должны были возникать при взаимодействии протонов с ядрами мишени. Вероятность процесса определяется константой взаимодействия аксиона с нуклонами g AN . Полученные экспериментальные ограничения на вероятность данного распада соответствовали значениям exp 10 7 th для значения X=1, что практически свидетельствовало о том, что масса аксиона меньше 2m е .
Как отмечалось выше, если m A 2m e , то наиболее вероятной модой распада является A 2. Эксперименты по поиску данного распада были выполнены на реакторах [ 10 , ] и с искусственным радиоактивными источниками [ 10 ]. В ядерном реакторе аксионы испускаются в переходах магнитного типа в осколках деления. Ожидаемый поток аксионов оценивается как ~10 -6 от потока нейтрино, который хорошо известен.
Поток аксионов от радиоактивных источников вычисляется более надежно, поскольку активность источника может быть определена путем регистрации г-излучения. В качестве источников использовались ядра 137 Ва [ 17 ] и 65 Zn [ 10 ]. В результате распада, дочерние ядра оказываются в возбужденном состоянии, которое разряжается в переходах магнитного типа, в которых возможно излучение аксиона.
Рис. 3. Схема экспериментов по поиску распада аксиона на два г-кванта. В качестве источника аксионов использовался ядерный реактор или искусственные радиоактивные источники. Детектирующая система представляла собой несколько NaI(Tl) детекторов, размещенных внутри пассивной защиты, включенных на совпадения
Общая схема экспериментов по поиску распада аксиона на два г-кванта приведена на рис. 3. Сцинтилляционные NaI(Tl) детекторы просматривают объем, в котором распадается аксион. В эксперименте [ 17 ] использовалось два NaI(Tl) - детектора, а в эксперименте [ 10 ] - четыре. Детекторы расположены внутри пассивной защиты, состоящей из свинца и меди. Распад аксиона должен соответствовать одновременному срабатыванию двух детекторов, поэтому все детекторы включены в схему совпадения. Ожидаемая скорость счета совпадений зависит от времени жизни аксиона, величины распадного объема и эффективности регистрации г-квантов, возникающих в результате распада. Эффективность регистрации зависит от геометрии эксперимента и собственной эффективности используемых детекторов.
В работе [ 10 ] использовался источник 65 Zn. Ядро 65 Zn испытывает электронный захват и превращается в ядро 65 Cu, при этом в 50% случаев переход идет на возбужденное состояние, которое разряжается в М1-переходе с излучением г-кванта с энергией 1115 кэВ. Если аксион излучается в данном переходе и затем распадается на два г-кванта, в спектре суммарной энергии, зарегистрированной двумя детекторами, сработавшими в совпадении, должен появиться пик с энергией 1115 кэВ. Такой суммарный спектр, полученный в эксперименте [ 17 ], показан на рис. 4. Пунктирной линией показан дополнительный вклад в спектр, в случае излучения невидимого аксиона для f A = 230 ГэВ и параметра Х = 1 (согласно формуле (4) это соответствует массе аксиона m A = 150 кэВ). Можно видеть, что данный эксперимент надежно исключал модель «стандартного» аксиона.
Рис. 4. Результаты эксперимента по поиску излучения аксиона в М1-переходе ядра 65 Cu [ 10 ]. Показан суммарный спектр двух детекторов, сработавших в совпадении. Пунктирной линией показан дополнительный вклад в случае излучения «стандартного» аксиона, вычисленный для значения X=1 (масса аксиона 150 кэВ)
3 .2 Эксперименты по поиску «невидимого» аксиона
Далее представлены результаты экспериментов по поиску «невидимого» аксиона, основанные на конверсии аксиона в фотон в лабораторном магнитном поле и конверсия солнечного аксиона в фотон в поле кристалла. Описан метод регистрации связанный с использованием лазерного пучка и поиском исчезновения г-кванта в ядерном магнитном переходе. Представлены также астрофизические ограничения на массу аксиона.
3.3 Конверсия аксиона в фото н в лабораторном магнитном поле
Появление новых моделей «невидимого» аксиона, в которых шкала нарушения PQ-симметрии оказывается свободным параметром, расширило экспериментальную зону поиска аксиона. Наиболее перспективными в области малых масс аксиона (1 эВ) являются эксперименты по поиску конверсии аксиона в фотон в магнитном поле, как показано на рисунке ниже[ ,,, ]:
Рис. 5. Конверсия аксиона в фотон в магнитном поле В
Поиск солнечных и галактических аксионов с массой m A (10 -5 - 10 -3 ) эВ проводился с использованием резонаторов, в которых могли бы накапливаться фотоны, возникающие в результате конверсии. Схема эксперимента из работы [] показана на рис. 6.
Медный резонатор, помещенный в магнитное поле, охлаждался до температуры жидкого гелия. Использовалось магнитное поле силой 5 Тл и резонатор объемом 10 дм 3 . При совпадении частоты фотонов, появляющихся в результате взаимодействия аксионов с магнитным полем, с частотой резонатора, происходит накопление фотонов, что может быть зарегистрировано. Резонансная частота резонатора имела ширину Е/Е 10 -6 , была просканирована область частот от 2 до 2000 ГГц, что соответствует области масс аксиона в интервале от 10 -5 до 10 -3 эВ. Однако положительных сигналов обнаружено не было.


Рис. 6. Схема эксперимента из работы [ 22 ]. Детектирование аксионов основано на накоплении фотонов, возникающих при конверсии аксионов, в полости резонатора
Солнечные аксионы с массой до 0.1 эВ пытались обнаружить с помощью «гелиоскопов», которые представляют собой трубу, направленную на Солнце, внутри которой имеется сильное магнитное поле [ , ]. Возникающие фотоны регистрируются системой детекторов. Наибольшая чувствительность к константе взаимодействия аксиона с фотоном достигнута в эксперименте CAST, проводимом в ЦЕРНе. Данная установка только начинает измерения, ее чувствительность составит g Aг ?10 -10 ГэВ -1 для масс аксиона менее 1 эВ [ ,, ]. Ограничения на константу g Aг , полученные в экспериментах с гелиоскопами, показаны на рис. 7.
Рис. 7. Ограничения на константу связи аксиона с фотоном g Aг , полученные в экспериментах с гелиоскопами и кристаллическими детекторами. Показаны также астрофизические ограничения и наиболее вероятные значения g Aг в различных теоретических моделях [ 27 ]
3 .4 Конверсия солнечных акс ионов в фотоны в поле кристалла
Использовать твердотельные детекторы для регистрации аксионов было предложено в работах [ , ]. Идея метода состоит в том, что низкоэнергетические аксионы проходя вдоль ядер, расположенных в плоскости кристаллической решетки, где существует сильное электрическое поле, могут конвертироваться в фотон, при этом энергия фотона в точности равна энергии аксиона. Если угол падения аксиона на кристаллическую плоскость меньше угла Брэгга, эффект будет когерентно усиливаться. Таким образом, в случае с солнечными аксионами, должна наблюдаться модуляция скорости счета детектора, связанная с движением Земли относительно Солнца. Эта модуляция будет различной для различных энергетических интервалов. Низкоэнергетические аксионы эффективно производятся в центральной области Солнца за счет конверсии аксионов в фотон в электромагнитном поле плазмы и имеют среднюю энергию 4 кэВ (что соответствует температуре 10 7 K).
Данная возможность обнаружить аксион была использована в экспериментах с германиевыми детекторами (эксперименты SOLAX [ , ] и COSME [ , ]) и с NaI-детекторами (DAMA []). Полученные ограничения на константу взаимодействия аксиона с фотоном показаны на рис. 7. Их значения находятся на уровне g Aг ?(2-3) . 10 -9 ГэВ -1 для масс аксиона менее 1 кэВ.
3 .5 Дру гие методы регистрации аксионов
Источником аксионов может быть интенсивный лазерный пучок, фотоны которого превращаются в аксионы в магнитном поле. Образовавшиеся аксионы могут вновь конвертироваться в фотон в магнитном поле. Схема эксперимента, проведенного в работе [ 22 ], показана на рис. 8. Лазерный пучок проходит через магнитное поле, где некоторое количество фотонов может конвертироваться в аксионы. Образовавшиеся аксионы проходят через непроницаемый для света экран и проходя второе магнитное поле некоторые из них вновь превращаются в фотоны с первоначальной энергией. Образовавшиеся фотоны детектируются с помощью ФЭУ. Чувствительность метода можно увеличить, используя интерференцию начального лазерного луча с вновь образовавшимися фотонами (рис. 8b).
Рис.  8 . Образование и детектирование аксионов с помощью лазера: (а) прямое детектирование регенерированных фотонов; (б) использование интерференции между регенерированными и исходными фотонами [ 22 , ]
Новые возможности для поиска аксиона, открывает методика поиска пропавшего -кванта в ядерных магнитных переходах. В работе [ 36 ] изучался К-захват ядра 139 Се на возбужденный уровень ядра 139 La, который разряжается -квантом, возникающем в М1 - переходе (рис. 9). Источник 139 Се был окружен сборкой из 11 CsI детекторов. Если вместо фотона в М1-переходе испускается аксион, то должно регистрироваться только рентгеновское излучение ядра 139 La. В энергетическом спектре должен появиться пик с энергией равной энергии связи электрона на К-оболочке.
Рис. 9. Схема эксперимента из работы [] и схема распада ядра 139 Се
Недостаток методики заключается в том что, во-первых, существует вероятность К-захвата на основное состояние 139 La. В этом случае полностью имитируется излучение аксиона. Во-вторых, нет критерия, по которому можно различить случай излучения аксиона от случая поглощения фотона в нечувствительном объеме детектора.
Предпочтительнее проводить поиск аксиона, исследуя М-переходы в изомерных ядрах, в первую очередь, из-за отсутствия неопределенности, связанной с испусканием нейтрино, характерной для ядер, испытывающих - и ЕС-распады. В работах [ ,,, ] для обнаружения аксиона анализировался энергетический спектр фотонов и электронов, возникающих при распаде ядра 125m Te (T 1/2 = 57 дней). Это изомерное ядро испытывает два последовательных -перехода с энергиями Е 1 = 109.3 кэВ (М4-переход) и Е 2 =35.5 кэВ (М1-переход). М1-переход является практически чистым переходом магнитного типа, примесь перехода электрического типа E2 составляет E2/М1=0.029 []. Из-за взаимодействия возбужденного ядра теллура с атомной оболочкой каждый распад ядра сопровождается каскадом -квантов, конверсионных электронов, рентгеновских квантов и Оже-электронов.
Рис. 10. Схема опыта по поиску аксиона в переходах магнитного типа в изомерных ядрах. Е1, Е2 - энергии перехода
Схема опыта представлена на рис. 10. Изомерное ядро распадается на основное состояние, излучая при этом два г-кванта с энергиями Е 1 и Е 2 . Представим, что источник радиоактивных ядер помещен в центр «идеального» детектора, обладающего 4р-геометрией, не имеющего нечувствительного объема и который имеет размеры, достаточные для полной регистрации излученных г-квантов, а также конверсионных электронов, рентгеновского излучения и Оже-электронов, которые сопровождают данный распад. В этом случае, в измеренном энергетическом спектре будет присутствовать только один монохроматический пик, с шириной определяемой разрешением используемых детекторов. Излучение «невидимого» аксиона в М-переходе с энергией Е 2 , покидающего детектор без взаимодействия, приведет к появлению пика с энергией Е 1 .
Для измерения энергетического спектра 125 m Те использовались два цилиндрических планарных HPGe-детектора, плотно прилегавших друг к другу торцевыми плоскостями. В центре торца одного из детекторов была вышлифована маленькая лунка, глубиной 0.5 мм и диаметром 3 мм, в которой находился источник 125m Te.
Полученное значение для отношения интенсивности излучения аксиона к полной интенсивности составило I A /I = (4.5 2.5) 10 -6 , что соответствует ограничению I A /I 8.5 10 -6 для 90% уровня достоверности. Чувствительность к излучению аксиона в магнитном переходе составляет 2.5 . 10 -6 , что превышает уровень, достигнутый во многих экспериментах по поиску аксиона, излучаемого в ядерных переходах.
Астрофизические ограничения на массу аксиона основаны на появлении дополнительного механизма потери энергии звездами и практически исключают аксион с массой более нескольких эВ [ , ]. Космологические и астрофизические аргументы устанавливают и нижний порог для массы аксиона на уровне 10 -5 эВ, поскольку, в противном случае, слишком много вещества существовало бы в виде аксионов [].
Данные по вспышке сверхновой SN1987A позволили ввести запрет на массу аксиона превышающую 10 -3 эВ. Этот предел на массу аксиона получен из ограничений на константу взаимодействия аксиона с фотонами g Aг и справедлив только для DFSZ аксиона, поскольку, как отмечалось выше, в отличие от DFSZ-аксиона адронный аксион не имеет прямого взаимодействия с лептонами, поэтому ограничения на его массу слабее. Данные по сверхновой SN1987A, в моделях адронного аксиона в которых взаимодействие аксионов с фотонами сильно подавлено [], не исключают возможности существования адронного аксиона с массой в несколько эВ []. Таким образом, из астрофизических данных, аксион, решая проблему СР-несохранения и оставаясь кандидатом на скрытую массу, должен иметь массу в диапазоне 10 -5 -10 -3 эВ. Для адронного аксиона существует дополнительное окно диапазоне (0.1-10) эВ. Ограничения на массу аксиона (и на значение энергии f A при которой происходит нарушения PQ-симметрии), полученные в прямых лабораторных экспериментах совместно с астрофизическими ограничениями показаны на рис. 11.
Следует отметить, что данные ограничения получены в моделях предполагающих строгую связь массы аксиона и шкалы нарушения PQ-симметрии (f A m A ? f р m р ). Однако в моделях, которые включают взаимодействие нашего мира с зеркальным, это соотношение не выполняется, и для аксиона было найдено новое окно (~ 1 МэВ), которое не исключено никакими имеющимися наблюдательными данными [].
Рис. 11. Ограничения на массу аксиона полученные в прямых лабораторных экспериментах совместно с астрофизическими ограничениями. Рисунок из обзора Г. Раффелта [].


Теоретические сведения о физической сущности аксионов. Поток и энергетический спектр аксионов, возникающих при конверсии фотонов в поле плазмы Солнца. Описание установки для регистрации солнечных аксионов, результаты обработки результатов эксперимента. дипломная работа [1,7 M], добавлен 17.05.2011
Фотон как основная частица электромагнитного излучения, его свойства и схема движения. Характеристика спектров испускания. Взаимодействие фотонов электромагнитного излучения с веществом, поглощение света. Особенности человеческого цветовосприятия. контрольная работа [740,3 K], добавлен 25.01.2011
Возбуждение ядер в магнитном поле. Условие магнитного резонанса и процессы релаксации ядер. Спин-спиновое взаимодействие частиц в молекуле. Схема устройства ЯМР-спектрометра. Применение спектроскопии ЯМР 1H и 13CРазличные методы развязки протонов. реферат [4,1 M], добавлен 23.10.2012
Эквивалентность движения проводника с током в магнитном поле. Закон Фарадея. Угловая скорость вращения магнитного поля в тороидальном магнитном зазоре. Фактор "вмороженности" магнитных силовых линий в соответствующие домены ферромагнетика ротора, статора. доклад [15,5 K], добавлен 23.07.2015
Открытие связи между электричеством и магнетизмом, возникновение представления о магнитном поле. Особенности магнитного поля в вакууме. Сила Ампера, магнитная индукция. Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов. Понятие силы Лоренца. презентация [369,2 K], добавлен 21.03.2014
Виды переходов между энергетическими уровнями в квантовых системах. Переходы с излучением и поглощением, их вероятность. Коэффициент поглощения, влияние насыщения на форму контура линии поглощения. Релаксационные переходы, уширение спектральных линий. контрольная работа [583,0 K], добавлен 20.08.2015
Магнитное поле Земли и его характеристики. Понятие геомагнитных возмущений и их краткая характеристика. Механизм возмущения магнитного поля Земли. Влияние ядерных взрывов на магнитное поле. Механизм влияния различных факторов на геомагнитное поле Земли. контрольная работа [30,6 K], добавлен 07.12.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Поиск резонансного поглощения аксионов, излучаемых при М1-переходе 57Fe на Солнце дипломная работа. Физика и энергетика.
Спасибо Эссе
Сочинение Вариант 4 Цыбулько 2022
Табиғат Туралы Эссе Казакша
Курсовая работа по теме Символические знаки в разных религиозных системах
Сочинения Цветы Фрукты Птица 5 Класс
Контрольная работа: Становление Российского государства в XVI в.
Рефераты На Тему Насосы
Мерзляк Сборник Задач И Контрольных Работ
Коррекция Стресса Реферат
Реферат: John Keats Techniques To Evoke The Reader
Дипломная работа по теме Моделирование коррозионно-механического разрушения материалов трубопровода
Курсовая работа по теме Анализ особенностей семейных отношений в повторном браке
Курсовая работа: Федеральный бюджет РФ и проблемы его формирования
Дипломная работа по теме Влияние ионов металлов на карбоангидразоподобную активность внешних водорастворимых белков PsbP и PsbQ фотосистемы 2
Реферат: Иоанна II королева Наварры
Собрания Сочинений В 20 Томах
Контрольная работа по теме Анализ книги Доминик Кола 'Политическая социология'
Курсовая работа: Политика дорогих и дешевых денег в современной рыночной экономике
Реферат: Партийные элиты в виртуальном противоборстве. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Принципы международного права
Зевгма как переводческая проблема - Иностранные языки и языкознание курсовая работа
Договор купли-продажи - Государство и право курсовая работа
Лекарственные средства, применяемые для лечения головной боли - Медицина курсовая работа