Аксион

Аксион (англ. axion), 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). А. должен представлять собой псевдоголдстоуновский бозон, возникающий в результате спонтанного нарушения симметрии Печчеи-Квинн.

Название частице дано Фрэнком Вильчеком по торговой марке стирального порошка, так как аксион должен был «очистить» квантовую хромодинамику от проблемы сильного CP-нарушения, а также из-за связи с аксиальным током. 

А. должен распадаться на два фотона, его масса зависит от величины вакуумного ожидания полей Хиггса V как ~ 1 / V. В оригинальной теории Печчеи-Квинн V ~ 100 ГэВ и масса аксиона ~ 100 кэВ, что, однако, противоречит экспериментальным данным по распаду ψ- и Υ-частиц. В модифицированной в рамках Великого Объединения теории значения V значительно выше и А. должен быть очень слабо взаимодействующей с веществом частицей малой массы. Существуют работы, вводящие шкалу масс, связанную с массой А., значительно выше V; это приводит к значительно меньшей константе связи А. с другими полями и решает проблему ненаблюдения этой частицы в существующих экспериментах. Широко обсуждаются две модели такого рода. В одной из них вводятся новые кварки, несущие (в отличие от известных кварков и лептонов) заряд Печчеи-Квинн и связанные с так называемымадронным аксионом (или KSVZ-аксионом, аксионом Кима-Шифмана-Вайнштейна-Захарова). Во второй модели (так называемый GUT-аксион, DFSZ-аксион, или аксион Дайна-Фишлера-Средницкого-Житницкого)  отсутствуют дополнительные кварки, все кварки и лептоны несут заряд Печчеи-Квинн и, кроме того, необходимо существование двух хиггсовских дублетов.

А. рассматриваются как одни из кандидатов, составляющих «тёмную материю» — небарионную составляющую скрытой массы в космологии. 

С 2003 г. в ЦЕРНе проводится эксперимент CAST (CERN Axion Solar Telescope)[6] по обнаружению аксионов, предположительно испускаемых вследствие эффекта Примакова разогретой до ~15×106 K плазмой солнечного ядра. Детектор основан на обратном эффекте Примакова — превращении аксиона в фотон, индуцированном магнитным полем. Проводятся и другие эксперименты, направленные на поиск потока аксионов, излучаемых ядром Солнца.

Эксперимент ADMX (Axion Dark Matter Experiment) проводится в Ливерморской национальной лаборатории (Калифорния, США) с целью поиска аксионов, предположительно образующихневидимое гало нашей Галактики. В этом эксперименте используется сильное магнитное поле для конверсии аксионов в радиочастотные фотоны; процесс усиливается с помощью резонансной полости, настраиваемой на частоты в диапазоне от 460 до 810 МГц, в соответствии с предсказываемой массой А.

В течение 2003—2004 гг. был выполнен поиск А. с массой до 0,02 эВ. А. обнаружить не удалось и был определён верхний предел константы фотон-аксионного взаимодействияgaγ < 1,16×10−10 ГэВ−1.

Астрофизические ограничения на массу А. и его константу связи с фотоном получены из наблюдаемой скорости потери энергии звёздами (красными гигантами, сверхновой SN1987A и т. д.). Рождение А. в недрах звезды привело бы к её ускоренному охлаждению.

Авторы эксперимента PVLAS в 2006 заявили про обнаружение двойного лучепреломления и поворота плоскости поляризации света в магнитном поле, что было интерпретировано как возможное возникновение реальных или виртуальных А. в пучке фотонов. Однако в 2007 авторы объяснили эти результаты как следствие некоторых неучтённых эффектов в экспериментальной установке.