Взаимодействие аксионов с веществом
Взаимодействие аксиона с электроном. Диаграммы, показывающие возможные методы регистрации аксиона, основанные на взаимодействии аксиона с фотонами и электронами. Аксион-нуклонное и аксион-фотонное взаимодействие. Физические модели адронного аксиона.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 24.04.2012 |
Размер файла | 159,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Взаимодействие аксионов с веществом
1. Взаимодействие аксиона с электроном
Взаимодействие аксиона с электроном определяется Лагранжианом:
Параметр gAe - константа связи аксиона с электроном, связан с массой аксиона mA, так что gAe= 2me /fA = 1.6510-10(mA/1эВ), где mА выражено в электрон-вольтах. Взаимодействия аксиона с электроном может быть описано двумя процессами: процессом аналогичным комптоновскому рассеянию г-кванта на свободном электроне и процессом подобным фотоэффекту для фотонов при взаимодействии с атомом. Дифференциальное сечение аксион - комптоновского рассеяния
A + e + e может быть представлено как:
,
где -постоянная тонкой структуры, m-масса электрона, E - энергия гамма-кванта, pA и EA - импульс и энергия аксиона соответственно, - угол между импульсами аксиона и излучаемого фотона и y=2mEA + mA2.
Используя данное выражение можно вычислить спектр фотонов, который имеет максимум при Eг= 2ЕА/(2ЕА+mA) и стремится к нулю при Eг = ЕА. Выражение для интегрального сечения рассеяния имеет следующий вид:
где р - импульс электрона.
Рис. 1. Диаграммы, показывающие возможные методы регистрации аксиона, основанные на взаимодействии аксиона с фотонами и электронами: а) - распад аксиона на два фотона A2; b) - конверсия аксиона в фотон в поле ядра A+Z Z'+; c) - аксиоэлектрический эффект А+Z Z+e; d) - аксион - комптоновский процесс A +e e+
Для малых значений mА полное сечение можно представить как усс ? gAe2 5.5x10-25 см2. Сечения, вычисленные для «стандартного» аксиона (gAe = 2mе/250 ГэВ), DFSZ-аксиона (gAe = 2m/fA) и адронного аксиона (gAe = 2.110-15((8/3.ln (1.211010/mA) - 14.6) mA)), показаны на рис. 2.
Другой процесс, который и был выбран для поиска аксиона в этой работе, это процесс, связанный с взаимодействием аксиона и электрона, называющийся аксио-электрическим эффектом, который является аналогом фотоэлектрического эффекта A+e+Z>e+Z. В этом процессе аксион исчезает, и электрон испускается из атома с энергией аксиона минус энергия связи электрона .
Рис. 2. Сечения взаимодействия аксиона с электроном в трех различных моделях аксиона, для массы аксиона равной массе электрона. 1,2,3 - реакция «комптоновского» рассеяния A + e + e, 4,5,6 - реакция аксио-электрического эффекта A+e+Ze+Z
Сечение аксио-электрического эффекта для электронов на K-оболочке при энергии аксиона выглядит следующим образом:
Сечение имеет зависимость , поэтому для поиска данного процесса следует использовать детекторы, рабочий материал которых имеет большое значение Z.
2. Аксион-нуклонное взаимодействие
Взаимодействие аксиона с нуклонами определятся константой связи gAN, которая состоит из изоскалярной gAN0 и изовекторный gAN3 частей, лагранжиан этого взаимодействия имеет вид:
аксион электрон фотон адронный
В моделях адронного аксиона константы gAN0 и gAN3 могут быть представлены виде:
где w=mu/md =0.55, z=mu/ms=0.0029 - отношения масс легких кварков, mN = 939 МэВ - масса нуклона, D и F константы, точные значения которых, определенны и составляют D=0.460 и F=0.806. Значение параметра S, согласно последним экспериментальным данным, S ? 0.4. В численном виде, изоскалярный g0AN и изовекторный g3AN параметры взаимодействия адронного аксиона с нуклоном, могут быть представлены в виде, зависящем от массы аксиона (D = 0.460, F=0.806, S=0.4):
Аналогичные соотношения для gAN0 и gAN3 для DFSZ аксиона в большей степени модельно зависимы, но имеют тот же порядок величины. Их численные значения лежат в интервале (0.3-1.5) от значений данных констант для адронного аксиона.
Аксион, как псевдоскалярная частица, должен испускаться в ядерных переходах магнитного типа. Отношение вероятности ядерного перехода с излучением аксиона (щA) к вероятности магнитного перехода (щ), имеет вид:
где p и pA - импульсы фотона и аксиона, = Е2/М1 отношение вероятностей Е2 и М1 переходов, б ? 1/137 - постоянная тонкой структуры, µ0 = µр + µn ? 0.88 и µ3 = µp - µn ? 4.71- изоскалярный и изовекторный ядерные магнитные моменты, в и з - параметры, зависящие от конкретных ядерных матричных элементов.
3. Аксион-фотонное взаимодействие
Взаимодействие аксионного поля ЦА с электромагнитным полем Fмн определяется лагранжианом:
при этом константа связи gAг в моделях невидимого аксиона оказывается равной:
где б?1/137 - постоянная тонкой структуры; z и w - отношения масс легких кварков (z = mu/md 0.59, w = mu/ms 0.029); N - число поколений, а E/N - модельно зависимый параметр: E/N=8/3 в модели DFSZ аксиона и E/N=0 для оригинального KSVZ аксиона. Соответственно, значение параметра CA для DFSZ аксиона составляет CA=0.74 и для адронного аксиона CA=-1.92. Следует отметить, что существуют модели адронного аксиона в которых E/N может равняться 2, соответственно CA ? 0. В таких моделях существующие экспериментальные ограничения на константу связи gAг будут существенно слабее.
Аксион - фотонное взаимодействие может приводить к двум процессам: распад аксиона на два гамма кванта и конверсия аксиона в фотон в поле ядра. Время жизни аксиона относительно распада на два фотона в системе центра масс составляет:
Для mA = 1 эВ время жизни аксиона превышает возраст Вселенной, а для аксиона массой 150 кэВ время жизни составляет всего лишь фc.m. ? 0.1 сек. Эксперименты по поиску распада аксиона на два гамма-кванта не чувствительны к малым значениям mA, поскольку в этом случае мала вероятность распада аксиона внутри объема детектор. С другой стороны, эксперименты не чувствительны и к большим значениям mА, потому что в этом случае аксион распадается в течение его полета от Солнца. Угол разлета фотонов однозначно фиксируется значениями массы и энергии аксиона EA:
Схемы поиска данного распада идентичны для всех экспериментов - два или несколько детекторов, способных регистрировать фотоны, просматривают объем, через который проходит поток аксионов.
Другой процесс, зависящий от gАе взаимодействия, это эффект Примакова - конверсия аксиона в фотон в поле ядра >. Интегральное сечение данной реакции равняется:
Поскольку сечение зависит от атомного номера как Z2, поэтому для поиска такой конверсии, как и в случае аксио-электрического эффекта, следует использовать детекторы с большим Z.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Излучение и поглощение аксионов в ядерных переходах магнитного типа. Аксион-электронное и - фотонное взаимодействие. Конверсия аксиона в фотон в лабораторном магнитном поле. Поток и энергетический спектр солнечных аксионов, излучаемых в М1-переходе 57Fe.
дипломная работа [6,0 M], добавлен 24.04.2012Теоретические сведения о физической сущности аксионов. Поток и энергетический спектр аксионов, возникающих при конверсии фотонов в поле плазмы Солнца. Описание установки для регистрации солнечных аксионов, результаты обработки результатов эксперимента.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 17.05.2011Взаимодействие заряженных частиц и со средой. Детектирование. Определение граничной энергии бета-спектра методом поглощения. Взаимодействие заряженных частиц со средой. Пробег заряженных частиц в веществе. Ядерное взаимодействие. Тормозное излучение.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.02.2008Различие между веществом и полем. Взаимодействия между частицами в Стандартной модели. Внутренние характеристики кварков. Барионы и барионная материя. Пион-нуклонное взаимодействие в ядре атома. Роль полевой переменной для фундаментальных полей.
реферат [1,1 M], добавлен 14.12.2015Понятие фундаментального физического взаимодействия. Гравитация, электромагнетизм, слабое взаимодействие, сильное взаимодействие. Ньютоновская теория всемирного тяготения. Учения об электричестве и магнетизме в единой теории электромагнитного поля.
презентация [214,9 K], добавлен 23.02.2014История исследований физических процессов в квантовых структурах. Особенности взаимодействия электромагнитного поля с электронами. Правила отбора для внутризонных переходов в квантовых ямах. Собственные значения и собственные функции гамильтониана Рашбы.
дипломная работа [378,5 K], добавлен 24.03.2012Гравитационное взаимодействие как первое взаимодействие, описанное математическлй теорией. Небесная механика и некоторые её задачи. Сильные гравитационные поля. Гравитационное излучение. Тонкие эффекты гравитации. Классические теории гравитации.
презентация [1,8 M], добавлен 05.09.2011Сведения о радиоактивных излучениях. Взаимодействие альфа-, бета- и гамма-частиц с веществом. Строение атомного ядра. Понятие радиоактивного распада. Особенности взаимодействия нейтронов с веществом. Коэффициент качества для различных видов излучений.
реферат [377,6 K], добавлен 30.01.2010ООбщие характеристики и классификация нейтронов, механизмы их взаимодействия с веществом: упругое и неупругое рассеяние; ядерные реакции с образованием протона, альфа-частицы. Процесс замедления нейтронов, диффузное отражение; нейтронные волны в средах.
реферат [107,9 K], добавлен 08.03.2012Дифракционный структурный метод. Взаимодействие рентгеновского излучения с электронами вещества. Основные разновидности рентгеноструктурного анализа. Исследование структуры мелкокристаллических материалов с помощью дифракции рентгеновских лучей.
презентация [668,0 K], добавлен 04.03.2014