Axion Detection with an Amplifying B-field Ring Apparatus — широкополосный резонансный подход к поиску космических аксионов с усиливающей сигнал кольцевой установкой, создающей магнитное поле) лежит эффект порождения переменного магнитного поля при попадании аксиона в постоянное поле. В таком случае должно создаваться поле, аналогичное генерируемому переменным током, чей вектор плотности параллелен внешнему полю. Детектором в данном случае является СКВИД-магнитометр, помещенный в центр тороидального магнита. Так как масса аксионов невелика, то и появляющееся поле будет слабое — ученые создавали установку с надеждой зафиксировать колебания на уровне 20 аттотесла, то есть примерно в 1012 раз слабее магнитного поля Земли.
В то время как большинство экспериментом по поиску аксионов искали частицы с массами от 10 до 100 микроэлектровольт, ABRACADABRA чувствительна к еще более легким частицам. Регистраций зафиксировано не было, что позволило установить ограничения на степень спаривания аксиона с фотоном. Данные результаты получены за месяц работы и уже почти достигают по точности оценки более крупного эксперимента CAST.
nplus1.ru, 29 марта 2019, Тимур Кешелава
https://nplus1.ru/news/2019/03/29/ABRACADABRA
Сервер arXiv.org. 2018
https://arxiv.org/abs/1810.12257
Глава 11-13-6
Новые данные с телескопа EHT исключают существование аксионов в определенном диапазоне масс
Март 2022
Команда исследователей из нескольких институтов Китая и двух институтов Германии проанализировала данные, собранные при помощи телескопа Event Horizon Telescope (EHT), и исключила в результате проведенного анализа существование аксионов в определенном диапазоне масс вокруг черной дыры галактики М87. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy; главный автор Ифань Чен (Yifan Chen).
В новом исследовании ученые обратили внимание на еще одну гипотезу – согласно которой аксионы собираются в облака вокруг черных дыр. До настоящего времени ученые не могли проверить эту гипотезу, поскольку не располагали снимками поляризации света, испускаемого в окрестностях черной дыры. Но ситуация изменилась в прошлом году, когда телескоп EHT сделал снимки черной дыры галактики М87.
Согласно теории, облако аксионов вокруг черной дыры изменяет поляризацию света, испускаемого в ее окрестностях, вызывая флуктуации. Авторам пришлось отфильтровать все другие возможные источники, способные вызвать флуктуации поляризации. В результате авторы пришли к выводу, что остаточный уровень флуктуаций исключает возможность наличия сверхлегких аксионов в облаке. Использованные авторами методы применимы также и к поискам аксионоподобных частиц в окрестностях других черных дыр.
astronews.ru, 21 марта2022
Журнал Nature Astronomy, 2022
ИфаньЧен (Yifan Chen)
Глава 11-13-7
Галоскоп ORGAN не нашел аксионов массой от 63 до 67 микроэлектронвольт
Июль 2022
Австралийские физики отчитались о первой фазе работы эксперимента ORGAN, ищущего тяжелые аксионы с помощью галоскопа. Результат работы ученых исключает рождение аксионов в диапазоне от 63 до 67 микроэлектронвольт, ограничивая таким образом теорию когенеза аксионоподобных частиц, которая описывает один из вариантов темной материи. Исследование опубликовано в Science Advances.
Аксионы — это гипотетически бесспиновые частицы с малой массой, которые появились в физике в качестве решения сильной CP-проблемы, то есть нарушения комбинированной четности в квантовой хромодинамике. Низкая интенсивность взаимодействия аксионов с обычной материей, а также их возможная роль в эволюции ранней Вселенной делают из них хороших кандидатов на роль темной материи. Существуют также теории на основе аксионоподобных частиц, которые отличает более сильное взаимодействие аксионов со светом. Примером таких теорий стали модель когенеза или модели фотофильных и фотофобных частиц.
Несмотря на огромный интерес со стороны физиков, аксионы или аксионоподобные частицы так и не были обнаружены. Отрицательный результат, однако, полезен тем, что отсеивает часть теоретических моделей, которые предсказывают массы частиц в самом разнообразном диапазоне. Поэтому физики продолжают эксперименты, чтобы покрыть ими еще не исследованные значения.
Одним таких экспериментов стал проект ORGAN (Oscillating Resonant Group AxioN), базирующийся в Университете Западной Австралии. Установка ORGAN представляет собой охлажденный до низких температур резонатор, находящийся в магнитном поле, который называется галоскоп. Принцип работы галоскопов основан на обратном эффекте Примакова, который заключается в превращении аксиона в фотон под действием еще одного фотона. Магнитное поле в этом случае выступает в качестве источника этих дополнительных (виртуальных) фотонов, а резонатор призван усилить рождение реальных фотонов на определенных частотах. Частота рождаемого фотона, в свою очередь, определяется массой аксиона или аксионоподобной частицы. Меняя параметры резонатора, физики могут сканировать диапазон в поисках сигнала.
План работы эксперимента ORGAN рассчитан на диапазон от 15 до 50 гигагерц, что соответствует массе аксионов 62 — 207 микроэлектронвольт, однако на первом этапе физики проверили область 15,28 — 16,23 гигагерц (63 — 67 микроэлектронвольт), соответствующую гипотезе когенеза. Правда, они просканировали только 74 процента задуманного диапазона из-за нескольких паразитных частотных полос, вызванных неидеальностью медных цилиндров. Однако в измеренном диапазоне ученые не увидели дополнительных фотонов, надежно исключив для соответствующих масс предсказания теории.
nplus1, 7 июля 2022, Марат Хамадеев
https://nplus1.ru/news/2022/07/07/ORGAN-phase1a
Журнал Science Advances, 2022
Проект ORGAN (Oscillating Resonant Group AxioN)
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq3765
Глава 11-13-8
Гравитационное линзирование указало на волновую природу темной материи
Апрель 2023
Астрономы сравнили, как модели темной материи на основе тяжелых и легких частиц (вимпов и аксионов) справляются с воспроизведением особенностей, возникающих при гравитационном линзировании. Для этого они обратились к изображению системы HS 0810+2554, которая представляет собой эллиптическую галактику, четырехкратно линзирующую квазар. Исследование показало, что волновая природа аксионов, проявляющаяся для частиц сверхмалой массы, могла бы объяснить различные флуктуации и аномалии на изображениях. Статья опубликована в Nature Astronomy.
Темная материя возникла в астрофизике в ответ на попытку объяснить различные аномалии, наблюдаемые в реликтовом излучении, вращении галактик, гравитационном линзировании и многом другом. Сегодня перед физиками стоит задача воспроизвести феноменологические свойства темной материи из первых принципов, включив в Стандартную модель новые частицы или модифицировав уже известные, и она пока не решена.
Сегодня сделано множество попыток объяснения свойств темной материи. К числу наиболее перспективных гипотез можно отнести ее представление через вимпы — массивные частицы — и через аксионы — легкие частицы. Ни те, ни другие пока не обнаружены напрямую в лабораториях или астрофизических наблюдениях. Эксперименты и симуляции по большей части приводят лишь к отсеиванию диапазонов масс, в которых должны находиться эти гипотетические частицы.
Несмотря на такой дефицит знания о конкретных свойствах частиц темной материи, ученые четко могут выделить качественную разницу в ее поведении
