Аксіён (англ.: axion axion ад axial+on[1]) — гіпатэтычная нейтральная псеўдаскалярная элементарная часціца, пастуляваная для захавання CP-інварыянтнасцм ў квантавай хромадынаміцы ў 1977 г. Раберта Печэям і Хелен Куін [2][3]. Аксіён павінен прадстаўляць сабой псеўдагалдстоунаўскі базон, які ўзнікае ў выніку спантанага парушэння сіметрыі Печэі-Квін.
Назва часціцы дадзена Фрэнкам Вільчэкам [4] па гандлёвай марцы пральнага парашка [5], так як аксион павінен быў «ачысціць» квантавую хромадынаміку ад праблемы моцнага CP-парушэння, а таксама з-за сувязі з аксіяльным токам.
Аксіён павінен распадацца на два фатоны. У арыгінальнай тэорыі Печэі-Квін
V
{\displaystyle V}
ГэВ і маса аксіёна ~ 100 кэВ, што, аднак, супярэчыць эксперыментальным дадзеным па распаду
ψ
{\displaystyle \psi }
- і
Υ
{\displaystyle \Upsilon }
-часціц. У мадыфікаванай ў рамках Вялікага Аб’яднання тэорыі значэнні
V
{\displaystyle V}
значна вышэй і аксіён павінен быць вельмі узаемадзейнічаць з рэчывам часціцай малой масы. Існуюць працы, якія ўводзяць шкалу мас, звязаную з масай аксіёна, значна вышэй
V
{\displaystyle V}
; гэта прыводзіць да значна меншай канстанце 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 звязаныя з так званым адронным аксіёнам (або KSVZ-аксіёнам, аксіёнам Кіма-Шыфмана-Вайнштэйна-Захарава) [6]. У другой мадэлі (так званы GUT-аксіён, DFSZ-аксіён, або аксіён Дайн-Фішлера-Срэдніцкага-Жытніцкага) [7] адсутнічаюць дадатковыя кваркі, усё кваркі і лептоны нясуць зарад Печэі-Квін.
Аксіёны разглядаюцца як адны з кандыдатаў, якія складаюць «цёмную матэрыю» — нябарыённы складнік схаванай масы ў касмалогіі.
З 2003 г. у ЦЕРНе праводзіцца эксперымент CAST (CERN Axion Solar Telescope)[8] 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)[9][10] праводзіцца ў Ліверморскай нацыянальнай лабараторыі (Каліфорнія, ЗША) з мэтай пошуку аксіёнаў, як мяркуецца, якія ўтвараюць нябачнае гало нашай Галактыкі. У гэтым эксперыменце выкарыстоўваецца моцнае магнітнае поле для канверсіі аксіёнаў ў радыёчастотныя фатоны; працэс ўзмацняецца з дапамогай рэзананснай паражніны, які наладжваецца 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 γ
{\displaystyle 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 ў нетрах зоркі прывяло б да яе паскоранага астуджэння [11].
Аўтары эксперыменту PVLAS ў 2006 заявілі пра выяўленне падвойнага прамянепраламлення і павароту плоскасці палярызацыі святла ў магнітным полі, што было інтэрпрэтавана як магчымае ўзнікненне рэальных ці віртуальных аксіёнаў ў пучку фатонаў. Аднак у 2007 аўтары растлумачылі гэтыя вынікі як следства некаторых няўлічаных эфектаў ў эксперыментальнай ўсталёўцы.
M.A. Shifman, A.I. Vainstein, and V.I. Zakharov, Nucl. Phys. B 166 (1980), p. 493.
7. ↑ A.R. Zhitnitsky, Sov. J. Nucl. Phys. 31 (1980), p. 260;
M. Dine, W. Fischler, and M. Srednicki, Phys. Lett. B 104 (1981), p. 199
8. ↑ Сайт эксперыменту CAST (CERN Axion Solar Telescope) Архівавана 15 красавіка 2013.
9. ↑ L. D. Duffy et al., A High Resolution Search for Dark-Matter Axions, Phys. Rev. D 74, 012006 (2006); гл. таксама препрынт
10. ↑ Сайт эксперыменту ADMX Архівавана 29 верасня 2006.
11. ↑ http://www.springerlink.com/index/N510QL1R33X37427.pdf(недаступная+спасылка) Astrophysical axion bounds. G Raffelt — Axions, 2008 — Springer.