Поиск резонансного поглощения аксионов, излучаемых при М1-переходе 57Fe на Солнце
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
°сса нуклона; константы D и F выражаются через изовекторную, FA3 = -1.25 и изоскалярную, FA0 ? 3/5 FA3, константы связи ?-мезона с нуклонами: 4F = - (FA0+ FA3) и 4D = (3FA3-FA0). 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 0.68). Согласно последним экспериментальным данным, S ? 0.4 []. В численном виде, изоскалярный gAN0 и изовекторный gAN3 параметры взаимодействия адронного аксиона с нуклоном могут быть представлены в виде, зависящем от массы аксиона (D = 0.460, F=0.806, S=0.68):
(5)
Аналогичные соотношения для gAN0 и gAN3 для DFSZ-аксиона более модельно зависимы, но имеют тот же порядок величины. Их численные значения лежат в интервале 0.3-1.5 от значений данных констант для адронного аксиона.
Отношение вероятности ядерного перехода с излучением аксиона (?A) к вероятности магнитного перехода (?g), вычисленное в длинноволновом приближении, имеет вид[,]:
, (6)
где pg и pA - импульсы фотона и аксиона, d = Е2/М1 = 0.0022 - отношение вероятностей Е2- и М1-переходов, ? ? 1/137 - постоянная тонкой структуры, 0 = р+ n ? 0.88 и 3 = p- n ? 4.71 - изоскалярный и изовекторный ядерные магнитные моменты, ? и ? - параметры, зависящие от конкретных ядерных матричных элементов.
.2 Аксион-электронное взаимодействие
Взаимодействие аксиона с электроном определяется лагранжианом:
(7)
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:
(8)
где отношение E/N = 8/3 в DFSZ модели и E/N=0 для оригинальной KSVZ модели, ? 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:
(9)
где выражено в единицах эВ.
Взаимодействие (7) приводит к двум процессам, которые могут быть обнаружены экспериментально. Это комптоновский процесс A+e>?+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>?+e была вычислено и представляет:
(10)
где - энергия гамма-квантов, и - импульсы и энергия аксиона соответственно, ? - угол между импульсами аксиона и испускаемого фотона и . Энергия электронов может быть найдена из сотношения .
Интегральное сечение рассеяние имеет сложный вид:
(11)
Сечения реакции A+e>?+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 = mе /250 ГэВ и не зависит от массы аксиона. Поэтому зависимость сечения от mA связана только с кинематическим фактором. В DSFZ - модели gAe 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:
(12)
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 [].
.3 Аксион-фотонное взаимодействие
Лагранжиан взаимодействия аксиона с фотоном:
(13)
где F электро-магнитный тензор и константа взаимодействия аксиона с фотоном, имеющая размерностью (энергия)-1, которая выглядит как
(14)
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:
(15)
Для , измеряемого в секу