Поиск аксионов, рождаемых в реакции p(d, 3He)A на Солнце, и запрещенных принципом Паули переходов в ядрах 12C на детекторе Борексино

• Автор: Фоменко, Кирилл Александрович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ГЛАВА 1. МОДЕЛИ И СОВРЕМЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПОИСКУ АКСИОНА

1.1. Возникновение аксиона в теории

1.2. Взаимодействие аксиона с фотоном: распад аксиона на два фотона А —» 2у и конверсия аксиона в фотон в поле ядра А + ГЦАД)—> у
+ И(А,г)

1.3. Взаимодействие аксиона с электроном: конверсия аксиона в фотон

А + е —>■ 7 + еи аксиоэлектри веский эффект A + e + Z—> е + Z.

1.4. Взаимодействие аксиона с нуклоном

1.5. Экспериментальные и астрофизические ограничения на параметры аксионных моделей
ГЛАВА 2. ПРИНЦИП ЗАПРЕТА ПАУЛИ: ЭВОЛЮЦИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ
2.1. Теории с возможностью (малого) нарушения ПП
2.2. Эксперименты по поиску нарушения ПП
ГЛАВА 3. ДЕТЕКТОР БОРЕКСИНО
3.1. Общее описание
3.2. Регистрация событий
3.3. Энергетическое и пространственное разрешение детектора
3.4. Электронный и программный интерфейсы сбора и обработки данных

ГЛАВА 4. ПОИСК АКСИОНОВ, РОЖДАЮЩИХСЯ В РЕАКЦИИ р(ф3Не)А НА СОЛНЦЕ
4.1. Вычисление потока солнечных аксионов
4.2. Моделирование фукций отклика детектора
4.3. Анализ данных
4.4. Процедура подгонки экпериментального спектра
4.5. Ограничения на величины аксионного потока и константы связи
длы, дле, дл7................................................і оо
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПОИСК ЗАПРЕЩЕННЫХ ПРИНЦИПОМ ПАУЛИ ПЕРЕХОДОВ В ЯДРАХ 12С
5.1. Теоретическое рассмотрение
5.2. Моделирование функций отклика детектора
5.3. Отбор данных
5.4. Предел на вероятность непаулевских переходов с испусканием 7: 12С_Щ2с +
5.5. Предел на вероятность непаулевских переходов в ядрах 12С с испусканием протона: 12С —>ИВ + р
5.6. Предел на вероятность непаулевских переходов в ядрах 12С с испусканием нейтрона: 12С —*• ПС + п
5.7. Пределы на вероятности непаулевских Щ-переходов: 12С —> 12М +
е~ + V и 12С —Л2В + е+ + V
5.8. Пределы на относительные интенсивности непаулевских переходов
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Стандартная модель элементарных частиц и их взаимодействий (СМ), основанная на группах симметрии, хорошо описывает большинство экспериментальных результатов. Однако, к настоящему моменту в модели остается ряд нерешенных вопросов: наличие большого количества свободных параметров, преобладание вещества над антивеществом, неясная ситуация с происхождением холодной темной материи, наконец, природа осцилляций нейтрино. Эти и ряд других вопросов заставляет экспериментаторов обращать внимание на поиски физических явлений, лежащих за рамками СМ, которые могли бы дать ключ к ее дальнейшему расширению. Поиск редких процессов, происходящих при низких («неускорительных») энергиях, представляет собой один из методов изучения процессов, являющихся доминирующими при энергиях великого объединения; таким образом, осуществляется проникновение в область энергий, заведомо невозможную для ускорительных экспериментов обозримого будущего, и чрезвычайно интересную с точки зрения расширения современных знаний о физической картине мира.
Вопрос о возможном нарушении (разумеется, весьма малом) фундаментальных принципов физики является объектом пристального внимания экспериментальной физики. Открытие в 1956 г. несохранения четности в (3-распаде впервые показало, что фундаментальные законы могут нарушаться. В 1964 г. последовало обнаружение нарушения СР-инвариаитности. Эти работы привели к тому, что проверке стали подвергаться практически все законы сохранения. Так, например, в течение последних 10-15 лет интенсивно исследуется возможное несохранение лептонных квантовых чисел, ба-рионного и электрического заряда, нарушение СРТ-симметрии и лоренц-инвариантности.
Одна из загадок СМ, не поддающаяся разрешению на протяжении долгого

Астрофизические ограничения. Если существуют частицы, которые взаимодействуют с веществом также слабо, как и нейтрино, они могут уносить энергию из сверхновой. Доминирующим процессом для потери энергии будет аксион-нуклонное тормозное излучение: N+N —> Аг+Лг+А Взаимодействие аксиопа с нуклонами будет определяться средним значением константы взаимодействия аксиона с нуклонами длм- При малых значениях время вспышки не сильно изменяется, однако при увеличении данной константы длительность вспышки сокращается. При дальнейшем увеличении длм, аксионы не состоянии покинуть звезду, и охлаждение может происходить только через диффузию аксионов и испускание акеионов из внешней сферы [45]. Аксионы, образовавшиеся в результате вспышки сверхновой, должны взаимодействовать с протонами в водных Черепковских и сцинтилляционных детекторах и, таким образом, приводить к появлению дополнительных, помимо 24 зарегистрированных от 8Ш987А, событий. Данный факт накладывает ограничения на возможные значения длк'
ИГ6 < длм < Ю-3 (1.27)
Ограничения на массу аксиона и константу связи дде могут быть получены из наблюдении времен зажигания гелия для звезд шаровых звездных скоплений — красных гигантов (КГ) и звезд горизонтальной ветви (ГВ). В обоих типах звезд возможна конверсия фотона в аксион вследствие эффекта Примакова Ze + 'у —*■ Ze + А. Данный канал является более вероятным в звездах ГВ, где он может стать важным новым каналом потери энергии. В красных гигантах данный канал существенно меньше влияет на динамику звезды. Как результат можно ожидать, что ядерное топливо звезда ГВ выжигается быстрее и соответственно их время жизни уменьшается. Если это так, должно наблюдаться уменьшение числа звезда ГВ по сравнению с