Экспериментальная методика поиска излучения аксиона в ядерных переходах магнитного типа

• Автор: Муратова, Валентина Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Глава I.

Эксперименты по поиску аксиона (обзор)

1.1. Возникновение аксиона в теории

1.1.1. Взаимодействие аксиона с фотоном: распад аксиона на два фотона А—>2у и конверсия аксиона в фотон в поле ядра

А + (N,Z) —» у + (N,Z)

1.1.2. Взаимодействие аксиона с электроном: конверсия аксиона в фотон А+е-»у+е и аксио-электрический эффект A+e+Z->e+Z

1.1.3. Взаимодействие аксиона с нуклонами

1.2. Эксперименты по поиску стандартного аксиона

1.3. Эксперименты по поиску невидимого аксиона

1.3.1. Конверсия аксиона в фотон в лабораторном магнитном поле

1.3.2. Конверсия солнечных аксионов в фотоны в поле кристалла

1.3.3. Другие методы регистрации аксионов
1.4. Астрофизические ограничения
Глава II.
Поиск аксионов, излучаемых в Ml-переходе ядра Те
2.1. Общая методическая схема эксперимента
2.2. Изучение схемы распада ядра I25mTe
2.3. Измерение характеристик планарных HPGe-детекторов и спектра 125шТе кремниевым детектором
2.4. Экспериментальная установка, электронная схема эксперимента
2.5. Программы накопления данных on-line
2.6. Результаты измерений

2.7. Обработка данных off-line
2.8. Анализ полученных результатов
Глава II1.
Поиск солнечных аксионов, излучаемых в Ml-переходе 7Li
3.1. Поток и энергетический спектр солнечных аксионов, резонансное поглощение аксионов
3.2. Низкофоновая установка с Ge-детектором, активная и пассивная защита
3.2.1. Ge-детектор и спектрометрический канал
3.2.2. Определение эффективности регистрации у-квантов
3.2.3. Сохранения стабильности энергетической шкалы
при проведении долговременных измерений
3.3. Полученные результаты
3.3.1. Возбуждение ядерных уровней космическим излучением
3.4. Определение интенсивности пика с энергией 478 кэВ и ограничение на массу аксиона
Заключение
Литература
1. Введение
Современная теория элементарных частиц и их взаимодействий хорошо описывает подавляющее большинство экспериментальных результатов. К нерешенным проблемам, таким как вопрос о природе холодной темной материи, ненаблюдаемые до сих пор частицы Хиггса и др., следует отнести и проблему отсутствия СР-несохранения в сильных взаимодействиях. Экспериментальный верхний предел для СР-несохраняющего параметра составляет 0 < 10’9. Малое значение данной величины по сравнению с другими параметрами, входящими в лагранжиан квантовой хромодинамики (КХД), продолжает оставаться загадкой на протяжении нескольких десятилетий. •
Наиболее естественное решение было предложено Печчеи (Peccei) и Квинн (Quinn) путем введения новой глобальной киральной симметрии, спонтанное нарушение которой при энергии fA позволяет точно скомпенсировать СР-несохраняющий член в лагранжиане КХД [']. Вайнберг [2] и Вилчек [3] показали, что спонтанное нарушение PQ-симметрии при энергии fA должно приводить к возникновению новой нейтральной псевдоскалярной частицы - аксиона.
В первоначальной модели «стандартного» аксиона предполагалось, что нарушение симметрии происходит на масштабе электрослабой шкалы fA ~ (GF )'1/2 ~ 250 ГэВ, при этом масса аксиона оказывалась порядка (0.1 - 1.0) МэВ. Существование “стандартного” аксиона, было надежно закрыто целой серией экспериментов, выполненных с искусственными радиоактивными источниками, на реакторах и ускорителях. В реакторных экспериментах и в экспериментах с искусственными радиоактивными источниками проводился поиск распада аксиона на два у-кванта, в ускорительных экспериментах пытались обнаружить распады К -мезонов (К* —>п +А) и тяжелых кваркониев с излучением аксиона (WJ—*A+y
2.5. Программы накопления данных on-line.
Используемое программное обеспечение позволяет собирать экспериментальные данные, проводить их предварительную оперативную обработку, отображать получаемые результаты в удобной для экспериментатора форме. В памяти компьютера накапливался суммарный энергетический спектр с обоих детекторов (£, рис. 19), четыре спектра, соответствующие совпадениям и антисовпадениям между детекторами (АС01, С01, АС02, С02) и полные спектры с каждого детектора. Производилось накопление двумерного энергетического спектра с целью поиска области в координатах Е1,Е2, в которой будет максимальное соотношение эффектЛ/фон.
Для данного эксперимента была специально создана программа САМАХЮМ Она основывалась на ранее разработанных автором анализаторных программах и программах накопления, использовавшихся в экспериментах по поиску 17-кэВ нейтрино [70], двойного бета-распада ядер на возбужденные состояния дочерних ядер [71], в измерениях бета-спектра 48Са с целью поиска отклонений от теоретической формы [72] и
74 '
поиску массивных сильновзаимодействующих частиц [ ]. Программа была написана на языке Вог1апс1 Разса1 7.0 для операционной системы М8-Э08. Эта операционная система была выбрана для эксперимента не случайно. В операционной системе Vmdows обычная программа не может напрямую обращаться к аппаратуре, только через драйвер. Для управления аппаратурой в У/тбоууя необходимо написать драйвер, мост между программой и аппаратурой, который будет перехватывать прерывания КАМАК. Драйвер транслирует запросы от. программы и передает их аппаратуре, потом возвращает ответ, таким образом, программа не занимается прямой работой с аппаратурой, этим занимается драйвер