CC BY
3ПОИСК ОБРАЗОВАНИЯ АКСИОНА ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ
ПРОТОНОВ С МОЛЕКУЛОЙ ПРОПАНА (СзШ) ПРИ 9.9 ГЭВ/С Олимов К.1, Холбутаев Ш.2, Умаров К.3, Жуманов А.Х.4
1Олимов Косим - доктор физико-математических наук, профессор 2Холбутаев Шерзод - младший научный сотрудник;
3 Умаров Кобил - младший научный сотрудник;
4Жуманов Аброр Хасан угли - стажер-исследователь Физико-технический институт Академии наук республики Узбекистан, г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: в данной работе представлены экспериментальные данные по поиску гипотетической частицы аксион.
Ключевые слова: аксион, протон, пропан, тёмная материя, стандартная модель, распад фотона.
Аксион-гипотетическая нейтральная псевдоскалярная элементарная частица, постулированная для сохранения CP-инвариантности в квантовой хромодинамике в 1977 г. Роберто Печчеи (R. D. Peccei) и Хелен Куинн (H. R. Quinn).
Аксионы рассматриваются как одни из кандидатов, составляющих «тёмную материю» — небарионную составляющую скрытой массы в космологии. Масса аксиона в миллиард раз меньше, чем протон, и очень редко взаимодействует с обычной материей. Несмотря на это, такая частица идеально подходит для объяснения ряда противоречий. Она решает вопрос нарушения СР-симметрии и способствует объяснению скорости вращения галактик, потому что является хорошим кандидатом на роль частицы темной материи и фундаментальное противоречие Стандартной модели — дисбаланс между веществом и антивеществом [1].
Для поиска частицы проводились различные эксперименты. Мы приведем некоторые из них. Аксионный солнечный телескоп ЦЕРН (CAST) — это эксперимент по поиску гипотетических частиц, называемых «аксионами». Они были предложены некоторыми физиками-теоретиками, чтобы объяснить, почему существует тонкая разница между материей и антиматерией в процессах, связанных со слабым взаимодействием, но не с сильным взаимодействием. Если аксионы существуют, их можно было бы найти в центре Солнца, а также они могли бы составлять невидимую темную материю. С 2003 года ЦЕРН занимается поиском аксионов CAST(CERN Axion Solar Telescope), которые могут быть созданы за счет эффекта Примакова в плазме, нагретой до 15 миллионов К [2].
Самым успешным на сегодняшний день является эксперимент Axion Dark Matter Experiment (ADMX) в Университете Вашингтона в Сиэтле, в ходе которого с помощью магнитов ученые пытаются поймать аксионы,
распадающиеся на фотоны, что, согласно теории, они должны делать под воздействием магнитного поля. Это слишком медленный способ. До сих пор ADMX, работающий с 1996 года, проанализировал лишь небольшую часть, около 5 процентов, потенциального диапазона масс аксиона. Тем не менее эксперимент продолжает работать и расширять диапазон поиска, и обнаружение может произойти в любой момент [3].
Эксперимент ADMX располагается в Центре Экспериментальной Ядерной Физики и Астрофизики (CENPA) в университете штата Вашингтон. Главная задача его - поиск холодной темной материи по методу, использующему большой сверхпроводящий соленоид. Магнитное поле, создаваемое им, однородное и составляет 7,6 Тл. Согласно теории, аксионы в таких условиях должны превращаться в низкоэнергетичные фотоны. Микроволновой резонатор цилиндрической формы, радиусом 21 см и длиной 100 см используется для усиления сигнала, который затем поступает на выходную антенну.
В июле 2012 года стартовала следующая стадия проекта - ADMX-HF (Axion Dark Matter experiment High-Frequency), использующая тот же метод регистрации, но оптимизированная под более высокий диапазон частот. Магнитное поле соленоида было доведено до 9 Тл, а радиус и длина резонатора составили соответственно 5 см и 25 см. Вместо SQUID поставили параметрический усилитель Джосефсона (Josephson Parametric Amplifier), работающий на 4 - 8 ГГц. Этот детектор нацелен на поиск аксионов в диапазоне масс 19 ^ 24 мкэВ.
Если аксионы действительно будут обнаружены, они смогут устранить целый ряд "проблем" в нашей Вселенной. В этом отношении они действительно оправдывают свое название, навеянное сдерживающим фактором".
С целью обнаружения аксиона мы дважды просмотривали стерео снимков с 2-х метровой пропановой пузырковой камеры в ЛВЭ ОИЯИ, облученной протонами с импульсов 9.9 ГэВ/с на Дубненском синхрофазатроне. Просмотривались все кадры и аксионов искали в задней полусфере звезды. Поиск проводился во всех событиях с тремя и боле заряженными частицами в конечном состоянии. В качестве аксиона мы искали подобную схему распада очень малоэнергетичного у-кванта. Просмотр и поиск проводился дважды. Эффективность просмотра событий с тремя и более заряженными частицами в конечном состоянии оказалась более 98.5%
Было просмотрено более 56000 кадров на которых были найдени 32000 событий с тремя и более заряженными частицами в конечном состоянии. Однако не было найдено ни одного события с распадом аксиона.
Учитывая полного сечения взаимодействия протона с пропаном, которое оказалось равным [4] 1326.6 ± 66 мбарн, можно заключить что верхнее значение сечения образования аксиона менее 82 мкбарн. Таким образом,
можно заключить, что для обнаружения аксиона имеющийся в нашем распоряжении экспериментальный материал по соударениям протонов с молекулой пропана оказывается недостаточен.
Список литературы
1. Бурдюжа В.В. Тёмные компоненты Вселенной //Успехи физических наук. - 2010. - Т. 180. - №. 4. - С. 439-444.
2. Мирзоева И.К. Метод обнаружения сверхлегких скалярных бозонов в космической плазме //Вестник науки и образования. - 2024. - №. 7 (150)-1. - С. 5-12.
3. Ian P Stern, on behalf of the ADMX and ADMX-HF collaborations. Axion Dark Matter Searches. VII International Conference on Interconnections between Particle Physics and Cosmology, Deadwood, SD, USA, 2013. arXiv: 1403.5332v1, 21 Mar 2014.
4. Барашенков B.C., Тонеев В.Д. Взаимодействия высокоэнергетических частиц и атомных ядер с ядрами. М.: Атомиздат, 1972.
