U potrazi za Sunčevim aksionima
Fotografija: M. Rosu
Znanstvenici Instituta Ruđer Bošković dr. sc. Krešimir Jakovčić, dr. sc. Milica Krčmar, dr. sc. Biljana Lakić i dr. sc. Ante Ljubičić iz Zavoda za eksperimentalnu fiziku (Laboratorij za fiziku visokih energija) u suradnji s kolegama iz međunarodne kolaboracije CERN Axion Solar Telescope (CAST) objavili su rad pod naslovom „New CAST Limit on the Axion-Photon Interaction“ u časopisu Nature Physics.
U članku su objavljeni najnoviji rezultati potrage za Sunčevim aksionima i njima sličnim česticama koju eksperiment CAST provodi od 2003. godine. Aksioni su hipotetske čestice predložene prije 40 godina kao rješenje problema neopažanja narušenja CP simetrije u teoriji koja opisuje jaka međudjelovanja elementarnih čestica.
S vremenom su predložene teorije koje predviđaju postojanje niza čestica sličnim aksionima, tzv. „axion-like particles“ (ALPovi). Sve te čestice smatraju se i kandidatima za tamnu tvar svemira, a u dosadašnjoj potrazi za njima nije pronađen jasan signal za njihovo postojanje.
Eksperiment CAST traga za aksionima i ALPovima koji mogu nastati u središtu Sunca u međudjelovanju s dva fotona. Princip potrage za njima temelji se na primjeni jakog magnetskog polja u kojem bi se Sunčevi aksioni i ALPovi pretvarali u fotone koji se potom mogu opažati odgovarajućim detektorima. Eksperiment CAST najosjetljiviji je eksperiment ovog tipa na svijetu.
Mjerenjima opisanim u članku postavljene su do sada najstrože granice na jakost vezanja ovih čestica s fotonima za veliko područje njihovih masa. Ovaj rezultat postavlja važne smjernice i ograničenja za buduće eksperimentalne potrage.
U članku su objavljeni najnoviji rezultati potrage za hipotetskim česticama zvanim Sunčevi aksioni koje bi mogle biti kandidati za tamnu tvar svemira i povezane su s činjenicom da u svemiru postoji višak materije u odnosu na antimateriju.
U eksperimentu CAST sudjeluje 70-ak znanstvenika iz 13 zemalja. Spomenuta grupa znastvenika s Instituta Ruđer Bošković aktivno sudjeluje u eksperimentu od 2000. godine, kad je eksperiment i započeo.
U pripremnoj fazi eksperimenta, članovi grupe sudjelovali su u dizajniranju, sastavljanju i ispitivanjima TPC (eng. „Time Projection Chamber“) detektora koji je ujedno bio i prvi detektor korišten u ovom eksperimentu za detekciju fotona. Članovi grupe također su radili ključne proračune o utjecaju različitih fizikalnih fenomena na osjetljivost eksperimenta.
Pored toga, članovi grupe predložili su i proveli nekoliko istraživanja kojima je proširen glavni program istraživanja eksperimenta CAST, kao npr. potragu za aksionima koji bi mogli biti emitirani iz jezgri 57Fe u Suncu.
Tijekom čitavog trajanja eksperimenta članovi grupe sudjeluju u prikupljanju i analizi podataka, a od 2005. godine B. Lakić obnaša dužnost koordinatorice za prikupljanje podataka (eng. „data taking coordinator“).
Članovi grupe također su sudjelovali u izradi svih znanstvenih radova koje je objavila kolaboracija (tako i u gore navedenom radu) te su dopisni autori tri znanstvena rada objavljena u prestižnim časopisima Physical Review Letters i Journal of Cosmology and Astroparticle physics.