Международная Аксионная обсерватория

Международная Аксионная обсерватория
	Логотип IAXO
Предшественник	Аксионный солнечный телескоп ЦЕРН
Формирование	Июль 2017 г., DESY , Гамбург.
Юридический статус	В строительстве
Цель	Поиск аксионов и другой физики за пределами Стандартной модели
Штаб-квартира	DESY , Гамбург, Германия
Поля	Астрофизика частиц
Пресс-секретарь	Игорь Георгиевич Ирасторза
Веб-сайт	что-нибудь .дези .из

Международная аксионная обсерватория ( IAXO нового поколения ) — это аксионный гелиоскоп для поиска солнечных аксионов и аксионоподобных частиц. Это продолжение Аксионного солнечного телескопа CERN (CAST) , который работал с 2003 по 2022 год. ^{[ 1 ]} IAXO будет создан путем реализации концепции гелиоскопа, что позволит увеличить его размер и увеличить время наблюдения. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Сотрудничество IAXO

Письмо о намерениях по созданию Международной Аксионной обсерватории было представлено в ЦЕРН в августе 2013 года. ^{[ 5 ]} IAXO официально основана в июле 2017 года и получила расширенный грант от Европейского исследовательского совета в октябре 2018 года. ^{[ 6 ]} Ближайшей целью сотрудничества является создание предыдущей версии эксперимента под названием BabyIAXO, которая будет расположена в DESY , Германия. ^{[ 1 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Сотрудничество IAXO состоит из 21 института из 7 разных стран.

Принцип работы

Эксперимент IAXO основан на принципе гелиоскопа . Аксионы могут производиться в звездах (например, в Солнце) посредством эффекта Примакова и других механизмов. Эти аксионы достигнут телескопа и преобразуются в фотоны мягкого рентгеновского излучения в присутствии магнитного поля. Затем эти фотоны проходят через фокусирующую рентгеновскую оптику и ожидаются в виде избытка сигнала в детекторе, когда магнит направлен на Солнце.

Принцип работы вертолета Axion — Axion heliscope's principle of operation

Предел взаимодействия аксион-фотон определяется FOM : $\mathrm {g_{a\gamma }} ^{4}=B^{2}L^{2}A\times \epsilon _{d}b^{-1/2}\times \epsilon _{0}\alpha ^{-1/2}\times \epsilon _{t}^{-1/2}t^{-1/2}$ где первый фактор связан с магнитом, с магнитным полем (B), длиной магнита (L) и площадью (A). Вторая часть зависит от эффективности ( $\epsilon _{d}$ ) и фон (б) детектора. Третье касается оптики, точнее эффективности( $\epsilon _{0}$ ) и площадь сфокусированного сигнала на отсчете детектора ( $\alpha$ ). И последнее слагаемое связано со временем (t) срабатывания.

IAXO: Международная аксионная обсерватория

IAXO станет усовершенствованным гелиоскопом следующего поколения с соотношением сигнал/шум на пять порядков выше по сравнению с современными детекторами. Площадь поперечного сечения магнита, оснащенного рентгеновской фокусирующей оптикой, предназначена для увеличения отношения сигнала к фону. Когда солнечные аксионы вступают в контакт с поперечным сечением магнитного поля, они преобразуются в фотоны посредством эффекта Примакова . Эти фотоны затем будут обнаружены детекторами рентгеновского излучения, установленными на телескопе. Это означает, что большее магнитное сечение приведет к более интенсивному сигналу. ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]} Магнит будет представлять собой специально созданный крупногабаритный сверхпроводник длиной 20 метров и напряженностью поля до 5,4 Тесла . Весь телескоп будет иметь 8 каналов (с 8 системами обнаружения).

Гелиоскоп также будет оснащен механической системой, позволяющей ему постоянно следовать за солнцем в течение дня (около 50% времени слежения за солнцем), что приведет к усилению воздействия. ^{[ 5 ]} Подсистемы IAXO, включающие магниты, оптику и детекторы, планируется полностью оптимизировать для детекторов солнечных аксионов.

FOM IAXO будет более чем в 300 раз больше, чем в CAST, а чувствительность измерения аксионно-фотонной связи будет на 1–1,5 порядка выше, чем достигнутая предыдущими детекторами. ^{[ 1 ]}

BabyIAXO

BabyIAXO — технологический прототип всех подсистем IAXO с двумя магнитными отверстиями (с двумя системами обнаружения) в магните длиной 10 метров. Прототип представляет собой тестовую версию и послужит промежуточным этапом для изучения дальнейших возможных улучшений окончательной версии IAXO. BabyIAXO будет открыт в Гамбурге , Германия, в результате сотрудничества CERN и DESY. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} ЦЕРН будет отвечать за предоставление отчетов о проектировании прототипов магнитов и криостата , а DESY спроектирует и построит передвижную платформу вместе с другой инфраструктурой. Сбор данных BabyIAXO планируется начать в 2028 году. ^{[ 12 ]}^{[ 10 ]}^{[ 13 ]}

Помимо того, что BabyIAXO является доказательством концепции IAXO, он будет обладать собственным физическим потенциалом и FOM примерно в 100 раз больше, чем CAST .

Чувствительность и физический потенциал

IAXO будет в первую очередь охотиться за солнечными аксионами, а также за возможностью наблюдать аксион квантовой хромодинамики (КХД) в диапазоне масс от 1 мэВ до 1 эВ. Ожидается также, что он будет способен обнаруживать аксионоподобные частицы (известные как ALP), связанные либо с фотонами , либо с электронами . ^{[ 1 ]}

Предполагается, что КХД-аксионы и ALP будут иметь весьма схожие свойства, и, следовательно, IAXO, основная цель которого состоит в наблюдении солнечных аксионов и фотонных ALP, также сможет обнаруживать КХД-аксионы и ALP от различных неисследованных астрофизических аксионов. источники. ^{[ 1 ]}^{[ 14 ]} Таким образом, он потенциально может решить как проблему сильного CP, так и проблему темной материи , которая зависит от открытия аксионных частиц. ^{[ 2 ]}^{[ 15 ]}^{[ 12 ]}

IAXO считается самым амбициозным экспериментом среди современных экспериментальных установок по наблюдению гипотетических аксионов. ^{[ 1 ]} Позже его также можно будет адаптировать для тестирования моделей гипотетических скрытых фотонов или хамелеонов . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Источники, доступные IAXO

Любая частица, обнаруженная IAXO, будет, по крайней мере, субдоминантным компонентом темной материи . Обсерватория будет способна вести наблюдения из широкого спектра источников, указанных ниже. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]}

квантовой хромодинамики Аксионы
Аксионы темной материи
Солнечные аксионы
Аксионы от астрофизических аномалий охлаждения, таких как белых карликов охлаждение нейтронных звезд , охлаждение , шаровые скопления и звезды-сверхгиганты , питаемые гелием .

BabyIAXO дизайн

Магнит

Центральные магнитные системы будут иметь большой сверхпроводящий магнит , сконфигурированный в виде тороидального многоканального устройства, чтобы генерировать сильное магнитное поле в большем объеме. Это будет магнит длиной 10 метров, состоящий из двух разных катушек, сделанных из 35-километрового кабеля Резерфорда . Эта конфигурация рассчитана на создание магнитного поля силой 2,5 Тесла в пределах диаметра 70 см. Магнитная подсистема создана на основе эксперимента ATLAS . ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]}

Рентгеновская оптика

Поскольку BabyIAXO будет иметь два отверстия в магните, две рентгеновские оптики должны работать параллельно. Обе оптики представляют собой телескопы Вольтера (тип I).

Одна из двух оптических систем BabyIAXO будет основана на зрелой технологии, разработанной для NuStar НАСА рентгеновского спутника . ^{[ 5 ]} Сигнал из скважины диаметром 0,7 м будет сфокусирован до 0,2 м. $\mathrm {cm^{2}}$ область.

Вторая оптика BabyIAXO станет одной из летных моделей космической миссии XMM-Newton, принадлежащей ЕКА .

Детекторы

IAXO и BabyIAXO будут иметь несколько различных детекторов, работающих параллельно, установленных на разных отверстиях магнитов.

Детекторы для этого эксперимента должны соответствовать определенным техническим требованиям. Им необходима высокая эффективность обнаружения в рентабельности инвестиций (1–10 кэВ ), где ожидается аксионный сигнал Примакова. Им также нужен очень низкий уровень рентабельности инвестиций $\mathrm {10^{-7}counts\,keV^{-1}cm^{-2}s^{-1}}$ (менее 3 случаев за год данных). Для достижения этого уровня фона детектор полагается на:

Использование экранирования как пассивного (для блокировки гамма-излучения окружающей среды), так и активного (для маркировки космического происхождения). событий
Собственная радиочистота конструкционных материалов.
Передовые стратегии распознавания событий, основанные на топологической информации и проверенные с помощью моделирования .

Детекторные технологии

Основываясь на опыте CAST , базовой технологией детектора будет TPC со считывающим устройством Micromegas .

В настоящее время изучаются еще несколько технологий: GridPix, металлические магнитные калориметры (MMC), датчики края перехода (TES) и кремниевые дрейфовые детекторы (SDD).

См. также

Аксионный солнечный телескоп ЦЕРН

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Арменгауд, Э.; Атти, Д.; Бассо, С.; Брун, П.; Быковский Н.; Кармона, Дж. М.; Кастель, Дж. Ф.; Себриан, С.; Чиколи, М.; Чивитани, М.; Когольос, К. (24 июня 2019 г.). «Физический потенциал Международной Аксионной Обсерватории (IAXO)» . Журнал космологии и физики астрочастиц . 2019 (6): 047. arXiv : 1904.09155 . Бибкод : 2019JCAP...06..047A . дои : 10.1088/1475-7516/2019/06/047 . ISSN 1475-7516 . S2CID 125974960 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Лакич, Биляна; Сотрудничество IAXO (январь 2020 г.). «Состояние и перспективы Международной Аксионной Обсерватории (IAXO)» . Физический журнал: серия конференций . 1342 (1): 012070. Бибкод : 2020JPhCS1342a2070L . дои : 10.1088/1742-6596/1342/1/012070 . ISSN 1742-6588 . S2CID 213221256 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Фогель, Дж. К.; Арменгауд, Э.; Авиньон, штат Форт; Бетц, М.; Бракс, П.; Брун, П.; Канаторе, Г.; Кармона, Дж. М.; Карози, врач общей практики; Касперс, Ф.; Каспи, С. (2015). «Следующее поколение аксионных гелиоскопов: Международная аксионная обсерватория (IAXO)» . Процессия по физике . 61 : 193–200. Бибкод : 2015PhPro..61..193V . дои : 10.1016/j.phpro.2014.12.031 . hdl : 11376/2957 . S2CID 55559024 .
^ Ирасторза, ИГ; Авиньон, штат Форт; Канторе, Г.; Каспи, С.; Кармона, Дж. М.; Дафни, Т.; Давенпорт, М.; Дударев А.; Фануракис, Г.; Феррер-Рибас, Э.; Галан, Дж. (январь 2012 г.). «Международная аксионная обсерватория (IAXO)» . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Ирасторза Игорь Георгиевич; Арменгауд, Э.; Авиньон, штат Форт; Бетц, М.; Бракс, П.; Брун, П.; Канаторе, Г.; Кармона, Дж. М.; Карози, врач общей практики (2013). Международная аксионная обсерватория IAXO. Письмо о намерениях комитету CERN SPS . ЦЕРН. Женева. Комитет по экспериментам СПС и ПС, SPSC.
^ Европа, Кордис (2 августа 2021 г.). «На пути к обнаружению аксиона Международной аксионной обсерваторией» .
^ «Поиск WISP набирает обороты» . ЦЕРН Курьер . 31 августа 2018 г. Проверено 5 августа 2021 г.
^ «В поисках WISP» . ЦЕРН Курьер . 04.03.2021 . Проверено 5 августа 2021 г.
^ «Поиски аксиона совместно с Международной аксионной обсерваторией с помощью детекторов Micromegas со сверхнизким фоном» . www-instn.cea.fr . Проверено 9 августа 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «BabyIAXO представляет для публикации отчет о концептуальном проекте» . Новости ЭП . Проверено 5 августа 2021 г.
^ «ИАКСО» . Проверено 9 августа 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Апрельская встреча APS-APS 2019 г. - Мероприятие - Международная аксионная обсерватория (IAXO): следующее поколение аксионных гелиоскопов» . Бюллетень Американского физического общества . 64 (3). Американское физическое общество.
^ Сотрудничество IAXO; Абельн, А.; Альтенмюллер, К.; Аргедас Куэндис, С.; Арменгауд, Э.; Атти, Д.; Ауне, С.; Бассо, С.; Берже, Л.; Биасуцци, Б.; Борхес Де Соуза, PTC (май 2021 г.). «Концептуальный проект BabyIAXO, промежуточный этап на пути к Международной Аксионной обсерватории» . Журнал физики высоких энергий . 2021 (5): 137. arXiv : 2010.12076 . дои : 10.1007/JHEP05(2021)137 . ISSN 1029-8479 . S2CID 225062590 .
^ «Поиски солнечного аксиона: состояние и перспективы с Международной аксионной обсерваторией» . Имперский колледж Лондона . Проверено 9 августа 2021 г.
^ Ирасторза, ИГ; Авиньон, штат Форт; Канторе, Дж; Кармона, Дж. М.; Каспи, С; Цетин, SA; Кристенсен, FE; Даэль, А; Дафни, Т; Давенпорт, М; Дербин, А.В. (04.10.2013). «Будущие поиски аксионов с Международной аксионной обсерваторией (IAXO)» . Физический журнал: серия конференций . 460 (1): 012002. Бибкод : 2013JPhCS.460a2002I . дои : 10.1088/1742-6596/460/1/012002 . hdl : 11376/2931 . ISSN 1742-6596 . S2CID 11177499 .

Внешние ссылки

Веб-сайт Международной Аксионной обсерватории

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Арменгауд, Э.; Атти, Д.; Бассо, С.; Брун, П.; Быковский Н.; Кармона, Дж. М.; Кастель, Дж. Ф.; Себриан, С.; Чиколи, М.; Чивитани, М.; Когольос, К. (24 июня 2019 г.). «Физический потенциал Международной Аксионной Обсерватории (IAXO)» . Журнал космологии и физики астрочастиц . 2019 (6): 047. arXiv : 1904.09155 . Бибкод : 2019JCAP...06..047A . дои : 10.1088/1475-7516/2019/06/047 . ISSN 1475-7516 . S2CID 125974960 .

[:1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Лакич, Биляна; Сотрудничество IAXO (январь 2020 г.). «Состояние и перспективы Международной Аксионной Обсерватории (IAXO)» . Физический журнал: серия конференций . 1342 (1): 012070. Бибкод : 2020JPhCS1342a2070L . дои : 10.1088/1742-6596/1342/1/012070 . ISSN 1742-6588 . S2CID 213221256 .

[:4-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Фогель, Дж. К.; Арменгауд, Э.; Авиньон, штат Форт; Бетц, М.; Бракс, П.; Брун, П.; Канаторе, Г.; Кармона, Дж. М.; Карози, врач общей практики; Касперс, Ф.; Каспи, С. (2015). «Следующее поколение аксионных гелиоскопов: Международная аксионная обсерватория (IAXO)» . Процессия по физике . 61 : 193–200. Бибкод : 2015PhPro..61..193V . дои : 10.1016/j.phpro.2014.12.031 . hdl : 11376/2957 . S2CID 55559024 .

[4] Ирасторза, ИГ; Авиньон, штат Форт; Канторе, Г.; Каспи, С.; Кармона, Дж. М.; Дафни, Т.; Давенпорт, М.; Дударев А.; Фануракис, Г.; Феррер-Рибас, Э.; Галан, Дж. (январь 2012 г.). «Международная аксионная обсерватория (IAXO)» . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[:3-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Ирасторза Игорь Георгиевич; Арменгауд, Э.; Авиньон, штат Форт; Бетц, М.; Бракс, П.; Брун, П.; Канаторе, Г.; Кармона, Дж. М.; Карози, врач общей практики (2013). Международная аксионная обсерватория IAXO. Письмо о намерениях комитету CERN SPS . ЦЕРН. Женева. Комитет по экспериментам СПС и ПС, SPSC.

[6] Европа, Кордис (2 августа 2021 г.). «На пути к обнаружению аксиона Международной аксионной обсерваторией» .

[7] «Поиск WISP набирает обороты» . ЦЕРН Курьер . 31 августа 2018 г. Проверено 5 августа 2021 г.

[8] «В поисках WISP» . ЦЕРН Курьер . 04.03.2021 . Проверено 5 августа 2021 г.

[9] «Поиски аксиона совместно с Международной аксионной обсерваторией с помощью детекторов Micromegas со сверхнизким фоном» . www-instn.cea.fr . Проверено 9 августа 2021 г.

[:2-10] Перейти обратно: ^а ^б «BabyIAXO представляет для публикации отчет о концептуальном проекте» . Новости ЭП . Проверено 5 августа 2021 г.

[11] «ИАКСО» . Проверено 9 августа 2021 г.

[:5-12] Перейти обратно: ^а ^б «Апрельская встреча APS-APS 2019 г. - Мероприятие - Международная аксионная обсерватория (IAXO): следующее поколение аксионных гелиоскопов» . Бюллетень Американского физического общества . 64 (3). Американское физическое общество.

[13] Сотрудничество IAXO; Абельн, А.; Альтенмюллер, К.; Аргедас Куэндис, С.; Арменгауд, Э.; Атти, Д.; Ауне, С.; Бассо, С.; Берже, Л.; Биасуцци, Б.; Борхес Де Соуза, PTC (май 2021 г.). «Концептуальный проект BabyIAXO, промежуточный этап на пути к Международной Аксионной обсерватории» . Журнал физики высоких энергий . 2021 (5): 137. arXiv : 2010.12076 . дои : 10.1007/JHEP05(2021)137 . ISSN 1029-8479 . S2CID 225062590 .

[14] «Поиски солнечного аксиона: состояние и перспективы с Международной аксионной обсерваторией» . Имперский колледж Лондона . Проверено 9 августа 2021 г.

[15] Ирасторза, ИГ; Авиньон, штат Форт; Канторе, Дж; Кармона, Дж. М.; Каспи, С; Цетин, SA; Кристенсен, FE; Даэль, А; Дафни, Т; Давенпорт, М; Дербин, А.В. (04.10.2013). «Будущие поиски аксионов с Международной аксионной обсерваторией (IAXO)» . Физический журнал: серия конференций . 460 (1): 012002. Бибкод : 2013JPhCS.460a2002I . дои : 10.1088/1742-6596/460/1/012002 . hdl : 11376/2931 . ISSN 1742-6596 . S2CID 11177499 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]