Поиск резонансного поглощения аксионов, излучаемых при М1-переходе 57Fe на Солнце
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
низких энергиях. К функции, описывающей непрерывный фон, было добавлено 7 гауссовых функций, 6 из них описывали известные пики характеристического излучения Th и Np и один - искомый пик с энергией 14.4 кэВ. В результате подгоночная функция имела следующий вид:
(31)
Все пики имели одинаковую дисперсию ?, которая варьировалась, площади пиков Si были независимыми свободными параметрами. Поскольку энергии пиков известны с высокой точностью, варьировалось только положение первого пика с энергией 12.968 кэВ (L?1 Th). У остальных пиков положения (Еi) были привязаны к положению первого пика. Таким образом, варьировалось 13 параметров-4 описывали непрерывный фон, два - дисперсию и положение пика с энергией
.968 кэВ и семь - площади всех пиков. Общее число степеней свободы в интервале 12?18.6 кэВ составило 98.
Рис. 20. Результаты фитирования спектра сигналов, зарегистрированных в антисовпадении с сигналом активной защиты. Верхний предел на число событий в пике с энергией 14.41 кэВ составляет 12 событий для 90% у.д
Результаты фита спектра 1, соответствующего минимуму ?2 = 112/98, показаны на рис. 20. Определенные значения интенсивностей рентгеновских пиков приведены в таблице 3. Минимум ?2 соответствует нефизическому значению площади пика с энергией 14.4 кэВ: S= (-10 8) событий.
Таблица 3. Площади рентгеновских линий Th и Np, полученные для минимального значения ?2
Th L?1Th L?2Th L?1Np L?1Np L?2Np L?1Е, кэВ12.96815.60516.20213.94616.81717.751Si130243316205236419721716520
6.3 Верхний предел на массу адронного аксиона
Верхний предел на число событий в пике, соответствующий 90% уровню достоверности, был определен стандартным образом - вычислялась зависимость ?2 от площади аксионного пика S для различных фиксированных значений S, при этом остальные параметры были свободными. Далее определялась вероятность получения данного значения ?2(S). Полученная функция Р(?2(S)) нормировалась на единицу в области значений S ? 0. Вычисленный таким образом верхний предел составил Slim = 12 событий (рис. 21).
Рис. 21. Зависимость ?2 и Р(?2) от площади пика с энергией 14.4 кэВ
В соответствии с выражением (29) для числа ядер 57Fe в мишени N57Fe = 1.40.1020, времени измерений Т = 2.57.106 c, эффективности регистрации ?=2.19.10-2, вероятности выхода излучения из мишени Р = 0.189 и коэффициента внутренней конверсии ?=0.105 имеем:
(32)
откуда верхний предел на массу аксиона составляет: mА ? 360 эВ (90% у.д.). Данный результат является в два раза более строгим, чем полученный в работе [51].
.4 Использование рентгеновских линий Fe для получения ограничения на вероятность резонансного поглощения аксиона
Изучаемый М1-переход имеет большой коэффициент электронной конверсии, поэтому существует другая возможность установить верхний предел на количество резонансных поглощений, основанная на регистрации характеристического рентгеновского излучения железа.
Рис. 22. Линии характеристического рентгеновского излучения меди и железа, зарегистрированные в энергетическом интервале (4 - 11) кэВ спектра 1
Полный коэффициент конверсии составляет е/?=8.5, a вероятности появления конверсионного электрона с L и М оболочек равны K/L = 8.7 и L/M = 7.5. В результате, при 14.4кэВ М1-переходе с вероятностью 0.79 на К-оболочке образуется вакансия. При заполнении излучаются кванты с энергиями К?12=6.40 кэВ и К?=7.06 кэВ и с вероятностями равными 0.304 и 0.036, соответственно. Коэффициент ослабления данных линий в мишени ? = 69.1 см2/г и ? = 52.5 см2/г практически не отличаются от коэффициента ослабления для гамма-квантов с энергией 14.4 кэВ (? = 63.1 см2/г). В результате, число квантов с энергией 6.4 кэВ, выходящих из мишени, в 2.2 раза превышает число гамма-квантов с энергией 14.4 кэВ.
Энергетический интервал (4-11) кэВ спектра сигналов, зарегистрированных в антисовпадении с сигналом активной защиты, в котором должны наблюдаться линии железа К?12 и К?, показан на рис. 22. Наиболее интенсивный пик с энергией К?12=8.04 кэВ связан с рентгеновским излучением меди, из которой была изготовлена оправка детектора. Определенная интенсивность пика с энергией 6.4 кэВ составила (10040) событий, что соответствует верхнему пределу Slim=150 событий для 90% у.д. Используя выражение (32) можно получить предел на массу аксиона mА ? 550 эВ. Данный предел в 1.5 слабее, чем полученный из отсутствия пика с энергией 14.4 кэВ, что связано с более высоким уровнем фона. Поскольку около 90% фона при низких энергиях связано с комптоновским рассеянием квантов 241Am с энергией 59.6 кэВ, поиск пика с энергией 6.4 кэВ может привести к большей чувствительности к массе аксиона при работе с установкой свободной от данного источника фона.
Заключение
Основные результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:
. Создана экспериментальная установка с Si(Li) - детекторами и мишенью из изотопа 57Fe. Низкофоновая установка включает в себя пассивную и активную защиту от космического излучения, а также регистрирующую аппаратуру.
. Создана программа накопления данных с Si(Li) - детекторов, позволяющая проводить длительные измерения и контролирующая работу детекторов и активной защиты.
. Проведен поиск резонансного поглощения солнечных аксионов ядрами 57Fe, приводящего к возбуждению первого ядерного уровня 57Fe: А + 57Fe 57Fe* 57Fe + g. В измеренном за 30 суток энергетическом спектре Si(Li) - детектора пик 14.4 кэВ, соответствующий энергии первого возбужденного уровня 57Fe, статистически не проявился, что позволило установить новое верхнее огр