Axió: diferència entre les revisions

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Exploració interactiva de l'historial
← Edició anteriorEdició següent →
Contingut suprimit Contingut afegit
VisualWikitext
m Bot elimina espais sobrants
→‎Predicció teòrica: Revisió lingüística
Línia 21: Línia 21:
Existeix una solució simple: Si almenys un dels [[quarks]] del [[Model estàndard de física de partícules|model estàndard]] tingués massa nul·la, {{overline|Θ}} desapareixeria de la teoria. No obstant, proves empíriques suggereixen que tots els quarks són massius i per tant el problema CP fort persisteix.
Existeix una solució simple: Si almenys un dels [[quarks]] del [[Model estàndard de física de partícules|model estàndard]] tingués massa nul·la, {{overline|Θ}} desapareixeria de la teoria. No obstant, proves empíriques suggereixen que tots els quarks són massius i per tant el problema CP fort persisteix.


El 1977, [[Roberto Peccei]] i [[Helen Quinn]] van postular una solució al problema CP fort, el [[teoria de Peccei–Quinn|mecanisme de Peccei–Quinn]]. La idea és convertir {{overline|Θ}} en un camp (amb partícula associada corresponent). Això s'acomplexi afegint una nova simetria global (anomenada simetria Peccei–Quinn) al model estàndard que resulta espontàniament trencada. Una vegada aquesta simetria global és trencada, apareix una nova partícula la qual, prenent el rol de {{overline|Θ}}, relaxa naturalment el paràmetre de violació CP a zero. Aquesta nova partícula hipotètica s'anomena axió. [D'una manera més tècnica, l'axió seria el [[bosó de Nambu–Goldstone]] que resulta del trencament espontani de la simetria Peccei–Quinn. No obstant, els efectes del buit no trivial de la QCD (per exemple [[instantó|instantons]]) trenquen la simetria Peccei–Quinn explícitament i proporcionen una petita massa a l'axió. Per aquest motiu, l'axió és un ''pseudo''-bosó de Nambu–Goldstone.] L'axió Weinberg-Wilczek original ha estat exclòs per les dades experimentals. Actualment, el mecanisme de l'axió es discuteix en la forma d'axió invisible el qual existeix en dues versions: l'axió KSVZ<ref>{{ref-publicació|cognom1=Kim|nom1=J.E.|any=1979|publicació=Phys. Rev. Lett.|volum=43|pàgines=103}}{{en}}</ref><ref>{{ref-publicació|cognom1=Shifman|nom1=M.|cognom2=Vainshtein|nom2=A.|cognom3=Zakharov|nom3=V.|any=1980|publicació=Nucl. Phys.|volum=B166|pàgines=493}}{{en}}</ref> i l'axió DFSZ.<ref>{{ref-publicació|cognom1=Dine|nom1=M. |cognom2=Fischler|nom2=W. |cognom3=Srednicki|nom3=M.|any=1981|publicació=Phys. Lett.|volum=B104|pàgines=199}}{{en}}</ref><ref>{{ref-publicació|cognom1=Zhitnitsky|nom1=A.|any=1980|publicació=Sov. J. Nucl. Phys. |volum=31|pàgines=260}}{{en}}</ref>
El 1977, [[Roberto Peccei]] i [[Helen Quinn]] van postular una solució al problema CP fort, el [[teoria de Peccei–Quinn|mecanisme de Peccei–Quinn]]. La idea és convertir {{overline|Θ}} en un camp (amb partícula associada corresponent). Això s'acomplex afegint una nova simetria global (anomenada simetria Peccei–Quinn) al model estàndard que resulta espontàniament trencada. Una vegada aquesta simetria global és trencada, apareix una nova partícula la qual, prenent el rol de {{overline|Θ}}, relaxa naturalment el paràmetre de violació CP a zero. Aquesta nova partícula hipotètica s'anomena axió. [D'una manera més tècnica, l'axió seria el [[bosó de Nambu–Goldstone]] que resulta del trencament espontani de la simetria Peccei–Quinn. Tanmateix, els efectes del buit no trivial de la QCD (per exemple [[instantó|instantons]]) trenquen la simetria Peccei–Quinn explícitament i proporcionen una petita massa a l'axió. Per aquest motiu, l'axió és un ''pseudo''-bosó de Nambu–Goldstone.] L'axió Weinberg-Wilczek original ha estat exclòs per les dades experimentals. Actualment, el mecanisme de l'axió es discuteix en la forma d'axió invisible el qual existeix en dues versions: l'axió KSVZ<ref>{{ref-publicació|cognom1=Kim|nom1=J.E.|any=1979|publicació=Phys. Rev. Lett.|volum=43|pàgines=103}}{{en}}</ref><ref>{{ref-publicació|cognom1=Shifman|nom1=M.|cognom2=Vainshtein|nom2=A.|cognom3=Zakharov|nom3=V.|any=1980|publicació=Nucl. Phys.|volum=B166|pàgines=493}}{{en}}</ref> i l'axió DFSZ.<ref>{{ref-publicació|cognom1=Dine|nom1=M. |cognom2=Fischler|nom2=W. |cognom3=Srednicki|nom3=M.|any=1981|publicació=Phys. Lett.|volum=B104|pàgines=199}}{{en}}</ref><ref>{{ref-publicació|cognom1=Zhitnitsky|nom1=A.|any=1980|publicació=Sov. J. Nucl. Phys. |volum=31|pàgines=260}}{{en}}</ref>


== Recerca experimental ==
== Recerca experimental ==
S'han dut a terme diferents experiments per a detectar els axions.
S'han dut a terme diferents experiments per a detectar els axions.


A l'experiment [[PVLAS]] italià, la [[llum polaritzada]] es propaga a través d'un [[camp magnètic]] generat per un [[imant dipolar]] de 5 [[tesla (unitat)|T]] per cercar petites rotacions anòmales de la direcció de la polarització. Aquest concepte fou proposat per primera vegada per [[Luciano Maiani]], [[Roberto Petronzio]] i [[Emilio Zavattini]] el 1986,<ref>{{ref-publicació|cognom1=Maiani|nom1=L. |cognom2=Petronzio|nom2=R. |cognom3=Zavattini|nom3=E. |any=1986|títol=Effects of nearly massless, spin-zero particles on light propagation in a magnetic field|publicació=Phys. Lett.|volum=175|exemplar=3|pàgines=359–363|doi=10.1016/0370-2693(86)90869-5|bibcode=1986PhLB..175..359M}}</ref> basat en la idea que si existissin els axions, els fotons podrien interactuar amb els fotos del camp electromagnètic per a convertir-se en axions reals o virtuals. Aquesta rotació és molt petita i difícil de detectar, però aquest problema es pot solucionar reflectint la llum enrere i endavant a través del camp magnètic milions de vegades. Certs resultats de PVLAS van detectar una rotació anòmala, la qual es podria interpretar en termes d'un axió de massa 1–{{val|1.5|u=meV}}. No obstant, hi ha altres possibles fonts per a tals efectes a part dels axions.<ref>Steve Reucroft, John Swain. [http://cerncourier.com/main/article/46/8/10 Axion signature may be QED] CERN Courier, 2006-10-05</ref>
A l'experiment [[PVLAS]] italià, la [[llum polaritzada]] es propaga a través d'un [[camp magnètic]] generat per un [[imant dipolar]] de 5 [[tesla (unitat)|T]] per a cercar petites rotacions anòmales de la direcció de la polarització. Aquest concepte fou proposat per primera vegada per [[Luciano Maiani]], [[Roberto Petronzio]] i [[Emilio Zavattini]] el 1986,<ref>{{ref-publicació|cognom1=Maiani|nom1=L. |cognom2=Petronzio|nom2=R. |cognom3=Zavattini|nom3=E. |any=1986|títol=Effects of nearly massless, spin-zero particles on light propagation in a magnetic field|publicació=Phys. Lett.|volum=175|exemplar=3|pàgines=359–363|doi=10.1016/0370-2693(86)90869-5|bibcode=1986PhLB..175..359M}}</ref> partint de la idea que si existissin els axions, els fotons podrien interactuar amb els fotons del camp electromagnètic per a convertir-se en axions reals o virtuals. Aquesta rotació és molt petita i difícil de detectar, però aquest problema es pot resoldre reflectint la llum enrere i avant a través del camp magnètic milions de vegades. Alguns resultats de PVLAS van detectar una rotació anòmala, la qual es podria interpretar en termes d'un axió d'una massa d'entre 1 i {{val|1.5|u=meV}}. No obstant aquest resultat, hi ha altres possibles fonts per a tals efectes, a part dels axions.<ref>Steve Reucroft, John Swain. [http://cerncourier.com/main/article/46/8/10 Axion signature may be QED] CERN Courier, 2006-10-05</ref>


Alguns experiments busquen axions d'origen [[Astrofísica|astrofísic]] utilitzant l'[[efecte Primakoff]]. Aquest efecte causa conversions d'axions en fotons i viceversa en camps electromagnètics forts. Els axions es poden produir en el nucli del [[Sol]] quan els raigs X dispersen [[Electró|electrons]] i [[Protó|protons]] en presència de camps elèctrics forts i es converteixen en axions. El detector [[CERN Axion Solar Telescope|CAST]] al [[Organització Europea per a la Recerca Nuclear|CERN]] ha dut a terme un experiment per observar aquests axions convertits en raigs X en camps magnètics forts. L'[[Axion Dark Matter Experiment|experiment de matèria fosca d'axió (ADMX)]] cerca axions lleugers que interactuïn de manera feble saturant l'[[halo de matèria fosca]] de la nostra galàxia.<ref>{{ref-publicació|arxiv=astro-ph/0603108|doi=10.1103/PhysRevD.74.012006 |títol=High resolution search for dark-matter axions|any=2006|cognom1=Duffy|nom1=L. D.|cognom2=Sikivie|nom2=P.|cognom3=Tanner|nom3=D. B.|cognom4=Bradley|nom4=R. F.|cognom5=Hagmann |nom5=C. |cognom6=Kinion |nom6=D. |cognom7=Rosenberg |nom7=L. J. |cognom8=Van Bibber |nom8=K. |cognom9=Yu |nom9=D. B. |cognom10=Bradley |nom10=R. F. |publicació=Physical Review D|volum=74 |pàgines=12006 |bibcode=2006PhRvD..74a2006D}}</ref> ADMX és un camp magnètic fort dins d'una cavitat freda de [[microones]]. Els axions que coincideixen amb la freqüència de la cavitat es desintegren en fotons de microones. L'ADMX ha exclòs els models d'axió més optimistes en el rang de masses de 1.9 μeV a 3.53 μeV.<ref>{{ref-publicació|arxiv=0910.5914|doi=10.1103/PhysRevLett.104.041301|títol=SQUID-Based Microwave Cavity Search for Dark-Matter Axions|any=2010|cognom1=Asztalos|nom1 = S. J.|cognom2=Carosi|nom2=G.|cognom3=Hagmann|nom3=C.|cognom4=Kinion|nom4=D.|cognom5=Van Bibber|nom5=K.|cognom6=Hoskins|nom6=J.|cognom7=Hwang|nom7=J.|cognom8=Sikivie|nom8=P.|cognom9=Tanner|nom9=D. B.|cognom10=Hwang|nom10=J.|cognom11=Sikivie|nom11=P.|cognom12=Tanner|nom12=D. B.|cognom13=Bradley|nom13=R.|cognom14=Clarke|nom14=J.|publicació=Physical Review Letters|volum=104 |exemplar=4|pàgines=41301|bibcode=2010PhRvL.104d1301A |author15=ADMX Collaboration}}</ref> L'experiment de la cavitat de microona no va detectar entre el 1996 i el 2010, axions de massa compresa entre els 1.98–2.17 µeV i una freqüència entre 450 i 850&nbsp;MHz.<ref>[http://www.phys.washington.edu/groups/admx/results.html Phase 1 Results], dated 2006-03-04</ref> L'ADMX està prenent noves dades després d'una sèrie de millores.
Alguns experiments cerquen axions d'origen [[Astrofísica|astrofísic]] emprant l'[[efecte Primakoff]]. Aquest efecte causa conversions d'axions en fotons i viceversa en camps electromagnètics forts. Els axions es podrien produir en el nucli del [[Sol]] quan els raigs X dispersen [[Electró|electrons]] i [[Protó|protons]] en presència de camps elèctrics forts i es convertirien en axions. El detector [[CERN Axion Solar Telescope|CAST]] al [[Organització Europea per a la Recerca Nuclear|CERN]] ha fet un experiment per a observar aquests axions convertits en raigs X en camps magnètics forts. L'[[Axion Dark Matter Experiment|experiment de matèria fosca d'axió (ADMX)]] cerca axions lleugers que interactuïn de manera feble saturant l'[[halo de matèria fosca]] de la nostra galàxia.<ref>{{ref-publicació|arxiv=astro-ph/0603108|doi=10.1103/PhysRevD.74.012006 |títol=High resolution search for dark-matter axions|any=2006|cognom1=Duffy|nom1=L. D.|cognom2=Sikivie|nom2=P.|cognom3=Tanner|nom3=D. B.|cognom4=Bradley|nom4=R. F.|cognom5=Hagmann |nom5=C. |cognom6=Kinion |nom6=D. |cognom7=Rosenberg |nom7=L. J. |cognom8=Van Bibber |nom8=K. |cognom9=Yu |nom9=D. B. |cognom10=Bradley |nom10=R. F. |publicació=Physical Review D|volum=74 |pàgines=12006 |bibcode=2006PhRvD..74a2006D}}</ref> ADMX és un camp magnètic fort dins d'una cavitat freda de [[microones]]. Els axions que coincideixen amb la freqüència de la cavitat es desintegren en fotons de microones. L'ADMX ha exclòs els models d'axió més optimistes en el rang de masses de 1.9 μeV a 3.53 μeV.<ref>{{ref-publicació|arxiv=0910.5914|doi=10.1103/PhysRevLett.104.041301|títol=SQUID-Based Microwave Cavity Search for Dark-Matter Axions|any=2010|cognom1=Asztalos|nom1 = S. J.|cognom2=Carosi|nom2=G.|cognom3=Hagmann|nom3=C.|cognom4=Kinion|nom4=D.|cognom5=Van Bibber|nom5=K.|cognom6=Hoskins|nom6=J.|cognom7=Hwang|nom7=J.|cognom8=Sikivie|nom8=P.|cognom9=Tanner|nom9=D. B.|cognom10=Hwang|nom10=J.|cognom11=Sikivie|nom11=P.|cognom12=Tanner|nom12=D. B.|cognom13=Bradley|nom13=R.|cognom14=Clarke|nom14=J.|publicació=Physical Review Letters|volum=104 |exemplar=4|pàgines=41301|bibcode=2010PhRvL.104d1301A |author15=ADMX Collaboration}}</ref> L'experiment de la cavitat de microona no va detectar, entre el 1996 i el 2010, axions de massa compresa entre els 1.98–2.17 µeV i una freqüència entre 450 i 850&nbsp;MHz.<ref>[http://www.phys.washington.edu/groups/admx/results.html Phase 1 Results], dated 2006-03-04</ref> L'ADMX està prenent noves dades després d'una sèrie de millores.


Un altre mètode per a la recerca d'axions és mitjançant els anomenats experiments de ''llum filtrada a través de murs'',<ref>{{ref-publicació | doi = 10.1142/9789812704214_0007 | any = 2003 | cognom1 = Ringwald | nom1 = A. | pàgines = 63–74 | títol = Electromagnetic Probes of Fundamental Physics - Proceedings of the Workshop | publicació=Workshop on Electromagnetic Probes of Fundamental Physics |lloc= Erice, Italy|arxiv=hep-ph/0112254 |capítol= Fundamental Physics at an X-Ray Free Electron Laser | series = The Science and Culture Series - Physics | isbn = 9789812385666}}</ref> on un raig de llum passa a través d'un intens camp magnètic en un intent d'observar la conversió de fotons quan travessen una planxa d'alumini que bloca el pas dels fotons. No obstant, aquestes pràctiques tenen una baixa eficàcia, i necessiten un flux inicial de fotons alt. Un experiment que tenia la sensibilitat necessària per a detectar aquest efecte si el senyal de PVLAS del 2005 era degut a axions; no va observar l'efecte.<ref name="rizzo_1">{{ref-publicació |arxiv = 0707.1296|doi = 10.1103/PhysRevLett.99.190403|pmid = 18233050|títol = No "Light Shining through a Wall": Results from a Photoregeneration Experiment|any = 2007|cognom1 = Robilliard|nom1 = C.|cognom2 = Battesti|nom2 = R.|cognom3 = Fouche|nom3 = M.|cognom4 = Mauchain|nom4 = J.|cognom5 = Sautivet|nom5 = A.-M.|cognom6 = Amiranoff|nom6 = F.|cognom7 = Rizzo|nom7 = C.|publicació = Physical Review Letters|volum = 99|exemplar = 19|pàgines = 190403|bibcode = 2007PhRvL..99s0403R}}</ref>
Un altre mètode per a la recerca d'axions és mitjançant els anomenats experiments de ''llum filtrada a través de murs'',<ref>{{ref-publicació | doi = 10.1142/9789812704214_0007 | any = 2003 | cognom1 = Ringwald | nom1 = A. | pàgines = 63–74 | títol = Electromagnetic Probes of Fundamental Physics - Proceedings of the Workshop | publicació=Workshop on Electromagnetic Probes of Fundamental Physics |lloc= Erice, Italy|arxiv=hep-ph/0112254 |capítol= Fundamental Physics at an X-Ray Free Electron Laser | series = The Science and Culture Series - Physics | isbn = 9789812385666}}</ref> en què un raig de llum passa a través d'un intens camp magnètic tot provant d'observar la conversió de fotons quan travessen una planxa d'alumini que bloca el pas dels fotons. Però aquestes pràctiques tenen una baixa eficàcia, i han de menester un flux inicial de fotons alt. No va observar l'efecte un experiment que tenia la sensibilitat necessària per a detectar-lo si el senyal de PVLAS del 2005 es devia a axions.<ref name="rizzo_1">{{ref-publicació |arxiv = 0707.1296|doi = 10.1103/PhysRevLett.99.190403|pmid = 18233050|títol = No "Light Shining through a Wall": Results from a Photoregeneration Experiment|any = 2007|cognom1 = Robilliard|nom1 = C.|cognom2 = Battesti|nom2 = R.|cognom3 = Fouche|nom3 = M.|cognom4 = Mauchain|nom4 = J.|cognom5 = Sautivet|nom5 = A.-M.|cognom6 = Amiranoff|nom6 = F.|cognom7 = Rizzo|nom7 = C.|publicació = Physical Review Letters|volum = 99|exemplar = 19|pàgines = 190403|bibcode = 2007PhRvL..99s0403R}}</ref>


El 9 de juliol de 2007, uns experiments liderats per [[Carlo Rizzo]]<ref name="rizzo_1"/> del [[Centre Nacional de la Recerca Científica]] indicaren amb un nivell de confiança del 94% o major, que els resultats de l'experiment PVLAS eren incorrectes i no provaven l'existència de l'axió.<ref name="rizzo_1"/> Els experiments duts a terme el 2007 i els anteriors al 2006 no estaven d'acord amb els resultats obtinguts pel PVLAS.<ref>Andriamonje,S., et al. (CAST Collaboration), Journal of Cosmological Astroparticle Physics 4, 10 (2007); Duffy, L. D, et al., Physical Review D, vol 74, 110406 (2006)</ref><ref name="rizzo_1"/>
El 9 de juliol de 2007, uns experiments liderats per [[Carlo Rizzo]]<ref name="rizzo_1"/> del [[Centre Nacional de la Recerca Científica]] indicaren, amb un nivell de confiança del 94% o més gran, que els resultats de l'experiment PVLAS eren incorrectes i no provaven l'existència de l'axió.<ref name="rizzo_1"/> Els experiments endegats el 2007 i els anteriors al 2006 no estaven d'acord amb els resultats obtinguts pel PVLAS.<ref>Andriamonje,S., et al. (CAST Collaboration), Journal of Cosmological Astroparticle Physics 4, 10 (2007); Duffy, L. D, et al., Physical Review D, vol 74, 110406 (2006)</ref><ref name="rizzo_1"/>


L'experiment realitzat per l'equip de Rizzo difereix del mètode seguit pels investigadors italians en el fet que al final de la cambra de buit s'hi trobava una planxa d'alumini<ref name="rizzo_1"/> per a evitar que els fotons d'un [[làser]] adjacent passessin a través de la planxa mentre els axions passarien simplement i es convertirien en fotons,<ref name="rizzo_1"/> d'aquesta manera es podria observar la petita proporció de partícules que suposadament es convertirien—fins a {{val|4|e=22}} fotons.<ref name="rizzo_1"/>
L'experiment fet per l'equip de Rizzo difereix del mètode seguit pels investigadors italians en el fet que al final de la cambra de buit hi havia una planxa d'alumini<ref name="rizzo_1"/> per a evitar que els fotons d'un [[làser]] adjacent passessin a través de la planxa, mentre que els axions passarien sense problema i es convertirien en fotons,<ref name="rizzo_1"/> i d'aquesta manera es podria observar la petita proporció de partícules que suposadament s'hi convertirien: fins a {{val|4|e=22}} fotons.<ref name="rizzo_1"/>


Amb l'ús de mesuraments òptics i raigs de llum, l'equip mostrà a través de la il·lustració de la corba d'exclusió comparada amb l'experiment PVLAS i una altra conduïda pel BFRT,<ref name="rizzo_1"/> que els axions havien estat eliminats tot i que encara era una hipòtesi vàlida;<ref name="rizzo_1"/> l'experiment era un pas important en la recerca de la partícula.<ref name="rizzo_1"/>
Amb l'ús de mesuraments òptics i raigs de llum, l'equip mostrà, a través de la il·lustració de la corba d'exclusió comparada amb l'experiment PVLAS i una altra de conduïda pel BFRT,<ref name="rizzo_1"/> que els axions havien estat eliminats, tot i que encara era una hipòtesi vàlida;<ref name="rizzo_1"/> l'experiment era un pas important en la recerca de la partícula.<ref name="rizzo_1"/>


El 2006, [[PVLAS]] publicà un article,<ref name="zavattini_1">{{ref-publicació|doi=10.1103/PhysRevLett.96.110406|pmid=16605804 |títol=Experimental Observation of Optical Rotation Generated in Vacuum by a Magnetic Field | any=2006|cognom1=Zavattini|nom1=E.|cognom2=Zavattini|nom2=G.|cognom3=Ruoso|nom3=G.|cognom4=Polacco|nom4=E.|cognom5=Milotti|nom5=E.|cognom6=Karuza|nom6=M.|cognom7=Gastaldi|nom7=U.|cognom8=Di Domenico|nom8=G.|cognom9=Della Valle|nom9=F.|cognom10=Cimino |nom10=R. |cognom11=Carusotto |nom11=S. |cognom12=Cantatore |nom12=G. |cognom13=Bregant |nom13=M. |publicació=Physical Review Letters|volum=96|exemplar=11|pàgines=110406 |arxiv=hep-ex/0507107|bibcode=2006PhRvL..96k0406Z}}</ref> on s'explicaven els avenços en els seus sistemes de mesures per tal d'incrementar la precisió dels seus resultats amb respecte als obtinguts l'any anterior,<ref name="zavattini_1"/> usant camps de 2,3 i 5,5 [[tesla (unitat)|T]]<ref name="zavattini_1"/> i longitud d'ona de 1064 [[nanòmetre|nm]].<ref name="zavattini_1"/> Amb aquest increment de la precisió, el PVLAS afirma que s'ha desestimat la interpretació de la partícula d'axió<ref name="zavattini_1"/> a causa de l'absència d'un senyal de rotació en els nivells de {{val|1.2|e=-8|u=rad}}×{{val|5.5|u=T}} i {{val|1.0|e=-8|u=rad}}×{{val|2.3|u=T}} amb {{val|45000}} passos.<ref name="zavattini_1"/>
El 2006, [[PVLAS]] publicà un article<ref name="zavattini_1">{{ref-publicació|doi=10.1103/PhysRevLett.96.110406|pmid=16605804 |títol=Experimental Observation of Optical Rotation Generated in Vacuum by a Magnetic Field | any=2006|cognom1=Zavattini|nom1=E.|cognom2=Zavattini|nom2=G.|cognom3=Ruoso|nom3=G.|cognom4=Polacco|nom4=E.|cognom5=Milotti|nom5=E.|cognom6=Karuza|nom6=M.|cognom7=Gastaldi|nom7=U.|cognom8=Di Domenico|nom8=G.|cognom9=Della Valle|nom9=F.|cognom10=Cimino |nom10=R. |cognom11=Carusotto |nom11=S. |cognom12=Cantatore |nom12=G. |cognom13=Bregant |nom13=M. |publicació=Physical Review Letters|volum=96|exemplar=11|pàgines=110406 |arxiv=hep-ex/0507107|bibcode=2006PhRvL..96k0406Z}}</ref> en què s'explicaven els avanços en els seus sistemes de mesures per tal d'incrementar la precisió dels seus resultats en relació als obtinguts l'any anterior,<ref name="zavattini_1"/> usant camps de 2,3 i 5,5 [[tesla (unitat)|T]]<ref name="zavattini_1"/> i longitud d'ona de 1064 [[nanòmetre|nm]].<ref name="zavattini_1"/> Amb aquest increment de la precisió, el PVLAS afirma que s'ha desestimat la interpretació de la partícula d'axió<ref name="zavattini_1"/> a causa de l'absència d'un senyal de rotació en els nivells de {{val|1.2|e=-8|u=rad}}×{{val|5.5|u=T}} i {{val|1.0|e=-8|u=rad}}×{{val|2.3|u=T}} amb {{val|45000}} passos.<ref name="zavattini_1"/>


== Referències ==
== Referències ==

Revisió del 01:30, 16 març 2021

Infotaula de partículaAxió
Classificaciópartícula neutral real, partícula hipotètica, partícula elemental i bosó Modifica el valor a Wikidata
EstadísticaHipotètica
InteraccionsGravetat, Electromagnètica
Teorització1977, Peccei i Quinn
Massa10−6 to 1 eV/c2
Càrrega elèctrica0
Espín0
Supercompanyaaxí Modifica el valor a Wikidata
EpònimAxion (dishwashing liquid) (en) Tradueix Modifica el valor a Wikidata

Un axió és una partícula elemental hipotètica postulada a la teoria de Peccei–Quinn el 1977 per a resoldre el problema CP fort en cromodinàmica quàntica (QCD). Si els axions existissin i tinguessin una massa baixa dins un rang específic, podrien ser un component de la matèria fosca freda.

El nom de la partícula es deu a Frank Wilczek, que l'anomenà a partir d'una marca de detergent, ja que va considerar que el problema que "embrutava" la cromodinàmica quàntica quedava «netejat».[1]

Predicció teòrica

La cromodinàmica quàntica prediu que la interacció forta viola la simetria CP, la violació de les simetries combinades de conjugació de càrrega i paritat. No obstant, mai no s'ha observat aquesta violació. El paràmetre que quantifica aquesta violació, representat per , constitueix una constant fonamental no predita per la teoria i que, per tant, ha de ser mesurada. D'altra banda, les interaccions que violen aquesta paritat de forma important haurien generat un moment dipolar important dels neutrons.[2] Les observacions, que demostren l'absència o la intensitat molt feble d'aquest efecte, imposen que el paràmetre sigui molt feble, quasi nul. No obstant, en teoria, aquest paràmetre pot prendre tots els valors entre 0 i 2π, i no existiria cap raó per la qual sigui feble o nul: fet que es coneix com el «problema CP fort».

Existeix una solució simple: Si almenys un dels quarks del model estàndard tingués massa nul·la, Θ desapareixeria de la teoria. No obstant, proves empíriques suggereixen que tots els quarks són massius i per tant el problema CP fort persisteix.

El 1977, Roberto Peccei i Helen Quinn van postular una solució al problema CP fort, el mecanisme de Peccei–Quinn. La idea és convertir Θ en un camp (amb partícula associada corresponent). Això s'acomplex afegint una nova simetria global (anomenada simetria Peccei–Quinn) al model estàndard que resulta espontàniament trencada. Una vegada aquesta simetria global és trencada, apareix una nova partícula la qual, prenent el rol de Θ, relaxa naturalment el paràmetre de violació CP a zero. Aquesta nova partícula hipotètica s'anomena axió. [D'una manera més tècnica, l'axió seria el bosó de Nambu–Goldstone que resulta del trencament espontani de la simetria Peccei–Quinn. Tanmateix, els efectes del buit no trivial de la QCD (per exemple instantons) trenquen la simetria Peccei–Quinn explícitament i proporcionen una petita massa a l'axió. Per aquest motiu, l'axió és un pseudo-bosó de Nambu–Goldstone.] L'axió Weinberg-Wilczek original ha estat exclòs per les dades experimentals. Actualment, el mecanisme de l'axió es discuteix en la forma d'axió invisible el qual existeix en dues versions: l'axió KSVZ[3][4] i l'axió DFSZ.[5][6]

Recerca experimental

S'han dut a terme diferents experiments per a detectar els axions.

A l'experiment PVLAS italià, la llum polaritzada es propaga a través d'un camp magnètic generat per un imant dipolar de 5 T per a cercar petites rotacions anòmales de la direcció de la polarització. Aquest concepte fou proposat per primera vegada per Luciano Maiani, Roberto Petronzio i Emilio Zavattini el 1986,[7] partint de la idea que si existissin els axions, els fotons podrien interactuar amb els fotons del camp electromagnètic per a convertir-se en axions reals o virtuals. Aquesta rotació és molt petita i difícil de detectar, però aquest problema es pot resoldre reflectint la llum enrere i avant a través del camp magnètic milions de vegades. Alguns resultats de PVLAS van detectar una rotació anòmala, la qual es podria interpretar en termes d'un axió d'una massa d'entre 1 i 1,5 meV. No obstant aquest resultat, hi ha altres possibles fonts per a tals efectes, a part dels axions.[8]

Alguns experiments cerquen axions d'origen astrofísic emprant l'efecte Primakoff. Aquest efecte causa conversions d'axions en fotons i viceversa en camps electromagnètics forts. Els axions es podrien produir en el nucli del Sol quan els raigs X dispersen electrons i protons en presència de camps elèctrics forts i es convertirien en axions. El detector CAST al CERN ha fet un experiment per a observar aquests axions convertits en raigs X en camps magnètics forts. L'experiment de matèria fosca d'axió (ADMX) cerca axions lleugers que interactuïn de manera feble saturant l'halo de matèria fosca de la nostra galàxia.[9] ADMX és un camp magnètic fort dins d'una cavitat freda de microones. Els axions que coincideixen amb la freqüència de la cavitat es desintegren en fotons de microones. L'ADMX ha exclòs els models d'axió més optimistes en el rang de masses de 1.9 μeV a 3.53 μeV.[10] L'experiment de la cavitat de microona no va detectar, entre el 1996 i el 2010, axions de massa compresa entre els 1.98–2.17 µeV i una freqüència entre 450 i 850 MHz.[11] L'ADMX està prenent noves dades després d'una sèrie de millores.

Un altre mètode per a la recerca d'axions és mitjançant els anomenats experiments de llum filtrada a través de murs,[12] en què un raig de llum passa a través d'un intens camp magnètic tot provant d'observar la conversió de fotons quan travessen una planxa d'alumini que bloca el pas dels fotons. Però aquestes pràctiques tenen una baixa eficàcia, i han de menester un flux inicial de fotons alt. No va observar l'efecte un experiment que tenia la sensibilitat necessària per a detectar-lo si el senyal de PVLAS del 2005 es devia a axions.[13]

El 9 de juliol de 2007, uns experiments liderats per Carlo Rizzo[13] del Centre Nacional de la Recerca Científica indicaren, amb un nivell de confiança del 94% o més gran, que els resultats de l'experiment PVLAS eren incorrectes i no provaven l'existència de l'axió.[13] Els experiments endegats el 2007 i els anteriors al 2006 no estaven d'acord amb els resultats obtinguts pel PVLAS.[14][13]

L'experiment fet per l'equip de Rizzo difereix del mètode seguit pels investigadors italians en el fet que al final de la cambra de buit hi havia una planxa d'alumini[13] per a evitar que els fotons d'un làser adjacent passessin a través de la planxa, mentre que els axions passarien sense problema i es convertirien en fotons,[13] i d'aquesta manera es podria observar la petita proporció de partícules que suposadament s'hi convertirien: fins a 4×1022 fotons.[13]

Amb l'ús de mesuraments òptics i raigs de llum, l'equip mostrà, a través de la il·lustració de la corba d'exclusió comparada amb l'experiment PVLAS i una altra de conduïda pel BFRT,[13] que els axions havien estat eliminats, tot i que encara era una hipòtesi vàlida;[13] l'experiment era un pas important en la recerca de la partícula.[13]

El 2006, PVLAS publicà un article[15] en què s'explicaven els avanços en els seus sistemes de mesures per tal d'incrementar la precisió dels seus resultats en relació als obtinguts l'any anterior,[15] usant camps de 2,3 i 5,5 T[15] i longitud d'ona de 1064 nm.[15] Amb aquest increment de la precisió, el PVLAS afirma que s'ha desestimat la interpretació de la partícula d'axió[15] a causa de l'absència d'un senyal de rotació en els nivells de 1,2×10−8 rad×5,5 T i 1,0×10−8 rad×2,3 T amb 45.000 passos.[15]

Referències

  1. ↑ Wilczek, Frank. «Problem of strong P and T invariance in the presence instantons», 1978.(anglès)
  2. ↑ El neutró, partícula neutre globalment, pot ser vist com una superposició de dues càrregues que es neutralitzen.
  3. ↑ Kim, J.E. Phys. Rev. Lett., 43, 1979, pàg. 103.(anglès)
  4. ↑ Shifman, M.; Vainshtein, A.; Zakharov, V. Nucl. Phys., B166, 1980, pàg. 493.(anglès)
  5. ↑ Dine, M.; Fischler, W.; Srednicki, M. Phys. Lett., B104, 1981, pàg. 199.(anglès)
  6. ↑ Zhitnitsky, A. Sov. J. Nucl. Phys., 31, 1980, pàg. 260.(anglès)
  7. ↑ Maiani, L.; Petronzio, R.; Zavattini, E. «Effects of nearly massless, spin-zero particles on light propagation in a magnetic field». Phys. Lett., 175, 3, 1986, pàg. 359–363. Bibcode: 1986PhLB..175..359M. DOI: 10.1016/0370-2693(86)90869-5.
  8. ↑ Steve Reucroft, John Swain. Axion signature may be QED CERN Courier, 2006-10-05
  9. ↑ Duffy, L. D.; Sikivie, P.; Tanner, D. B.; Bradley, R. F.; Hagmann, C.; Kinion, D.; Rosenberg, L. J.; Van Bibber, K.; Yu, D. B.; Bradley, R. F. «High resolution search for dark-matter axions». Physical Review D, 74, 2006, pàg. 12006. arXiv: astro-ph/0603108. Bibcode: 2006PhRvD..74a2006D. DOI: 10.1103/PhysRevD.74.012006.
  10. ↑ Asztalos, S. J.; Carosi, G.; Hagmann, C.; Kinion, D.; Van Bibber, K.; Hoskins, J.; Hwang, J.; Sikivie, P.; Tanner, D. B.; Hwang, J.; Sikivie, P.; Tanner, D. B.; Bradley, R.; Clarke, J. «SQUID-Based Microwave Cavity Search for Dark-Matter Axions». Physical Review Letters, 104, 4, 2010, pàg. 41301. arXiv: 0910.5914. Bibcode: 2010PhRvL.104d1301A. DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.041301.
  11. ↑ Phase 1 Results, dated 2006-03-04
  12. ↑ Ringwald, A. «Electromagnetic Probes of Fundamental Physics - Proceedings of the Workshop». Workshop on Electromagnetic Probes of Fundamental Physics [Erice, Italy], 2003, pàg. 63–74. arXiv: hep-ph/0112254. DOI: 10.1142/9789812704214_0007.
  13. ↑ 13,00 13,01 13,02 13,03 13,04 13,05 13,06 13,07 13,08 13,09 Robilliard, C.; Battesti, R.; Fouche, M.; Mauchain, J.; Sautivet, A.-M.; Amiranoff, F.; Rizzo, C. «No "Light Shining through a Wall": Results from a Photoregeneration Experiment». Physical Review Letters, 99, 19, 2007, pàg. 190403. arXiv: 0707.1296. Bibcode: 2007PhRvL..99s0403R. DOI: 10.1103/PhysRevLett.99.190403. PMID: 18233050.
  14. ↑ Andriamonje,S., et al. (CAST Collaboration), Journal of Cosmological Astroparticle Physics 4, 10 (2007); Duffy, L. D, et al., Physical Review D, vol 74, 110406 (2006)
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 15,3 15,4 15,5 Zavattini, E.; Zavattini, G.; Ruoso, G.; Polacco, E.; Milotti, E.; Karuza, M.; Gastaldi, U.; Di Domenico, G.; Della Valle, F.; Cimino, R.; Carusotto, S.; Cantatore, G.; Bregant, M. «Experimental Observation of Optical Rotation Generated in Vacuum by a Magnetic Field». Physical Review Letters, 96, 11, 2006, pàg. 110406. arXiv: hep-ex/0507107. Bibcode: 2006PhRvL..96k0406Z. DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.110406. PMID: 16605804.
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Axió&oldid=26651846»