Охота на солнечных аксионов в жидком ксеноне экспресс

Оригинал: "Probing 5.49 MeV Solar Axions at Xenon Experiments"
arXiv:2608.15699v1 · 2026-08-16 · CC BY 4.0 · 1 мин
Неуловимая частица от Солнца может оставить след в детекторе тёмной материи.

Внутри Солнца идут реакции, которые могут рождать лёгкие и почти неуловимые частицы — аксионы. Одна из таких реакций даёт аксионы с энергией 5,49 МэВ, как если бы каждый из них нёс энергию удара теннисного мяча, летящего со скоростью 100 км/ч. Эти частицы свободно проходят сквозь Землю, но изредка могут столкнуться с атомом ксенона.

Когда аксион попадает в бак с жидким ксеноном, он может превратиться в пару: электрон и его античастица — позитрон. Вероятность такого превращения резко растёт, если масса аксиона близка к удвоенной массе электрона. Ксенон выбран не случайно: чем тяжелее атом, тем больше шансов поймать аксион, потому что вероятность растёт как квадрат заряда ядра.

Аксион — гипотетическая частица, придуманная для решения загадки, почему сильное взаимодействие не нарушает симметрию между веществом и антивеществом.

Будущие детекторы с жидким ксеноном, такие как XENONnT и LZ, могут накопить достаточно данных за несколько лет работы. При экспозиции 200 тонн·лет чувствительность к комбинации констант связи достигнет 1,59×10⁻¹⁴, а при 1000 тонн·лет — 7,12×10⁻¹⁵. Это лучше, чем текущие ограничения от нейтринного детектора Borexino, и сравнимо с будущими гигантами вроде JUNO и Hyper-Kamiokande.

Энергия 5,49 МэВ — это примерно в миллион раз больше энергии видимого света, но всё равно крошечная по сравнению с энергией, которую несёт частица в Большом адронном коллайдере.

Если аксионы существуют и связываются с фотонами, то чувствительность к комбинации констант может достичь 6,76×10⁻¹² ГэВ⁻¹ при 200 тонн·лет и 3,02×10⁻¹² ГэВ⁻¹ при 1000 тонн·лет. Это позволит проверить широкий класс теоретических моделей и, возможно, впервые увидеть след аксионного поля.

Аксион назван в честь стирального порошка, потому что должен был «очистить» теорию от проблемы.

В романе «Задача трёх тел» Лю Цысинь упоминает аксионы как возможный канал связи инопланетян — почти неуловимый, но всепроникающий.

Учёные
Fritz ZwickyVera RubinFrank WilczekRoberto D. PecceiHelen QuinnR. Brent Tully
Понятия
детектор аксионов детектирование аксионов жидкий ксенон микроэлектронвольт XENONnT ксенон гигаэлектронвольт z-бозон диапазон масс жёсткое рентгеновское излучение лз обнаружение аксионов нейтронными звёздами