Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Целью проекта является поиск взаимодействия аксионов и аксионо-подобных частиц, которые рождаются внутри Солнца. Интенсивные экспериментальные поиски аксионов поддерживаются двумя основными обстоятельствами: во-первых, аксионы решают СР-проблему сильных взаимодействий и, во-вторых, аксионы являются хорошо мотивированными кандидатами на роль частиц темной материи. Звезды, включая Солнце, должны быть мощными источниками аксионов. Интенсивные потоки аксионов могут образовываться на Солнце в целом ряде процессов, вероятность которых зависит от констант связи аксиона с фотонами gAγ, электронами gAe и нуклонами gAN. Для регистрации аксионов нами выбрана реакция резонансного поглощения аксионов ядрами. Это процесс аналогичный резонансному поглощению гамма-квантов. Большая величина сечения данной реакции для гамма-квантов приводит к высокой чувствительности предлагаемого эксперимента к константам gAγ, gAe и gAN, и, как следствие, к массе аксиона mA. Для поиска реакции резонансного возбуждения мы предложили использоваться ядра 169Tm, первый ядерный уровень которых имеет энергию всего 8.4 кэВ (3/2+). Детектирование гамма-квантов и электронов, возникающих при разрядке уровня осуществляется с помощью криогенного болометрического детектора, в чувствительный объем которого входит тулий. В 2022 году мы продолжили работы по выращиванию и подготовке кристаллов тулиевого граната Tm3Al5O12. Из выращенного слитка тулиевого граната вырезаны и подготовлены 6 кристаллов, из которых три кристалла установлены в криогенный криостат в институте физики М. Планка, Мюнхен (MPIP). Начаты болометрические измерения с данными кристаллами. В случае продолжения сотрудничества с MPIP и успешной работы данных кристаллов, будут получены новые результаты для констант связи аксиона с фотонами и электронами и массы аксиона. В 2022 году выращен второй, более совершенный, слиток тулиевого граната, из которого вырезаны, отшлифованы и отполированы 4 новых кристалла массой 40 г. С данными кристаллами продолжены работы по изучению работы NTD и TES термисторов, с целью проведения криогенных измерений в лаборатории сверхпроводниковой наноэлектроники НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород. Получены новые данные для константы связи аксиона с электроном gAe и массы аксиона в эксперименте по поиску резонансного поглощения солнечных аксионов ядром 83Kr. Константа gAe определяет потоки аксионов, которые возникают в результате тормозного излучения и комптоновских процессов, а также при разрядке и рекомбинации в атомах. Сечение реакции резонансного возбуждения ядерного уровня зависит от константы gAN, в результате скорость поглощения аксионов в данном эксперименте будет зависеть от произведения констант gAe и gAN. Эксперимент проводится в подземной Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. Низкофоновая установка с газовым пропорциональным счетчиком расположена на глубине 4900 м.в.э., где поток мюонов в 5×106 раз меньше, чем на поверхности. Газовый пропорциональный счетчик, заполненный криптоном, обогащенным изотопом 83Kr до 99.9%, регистрирует γ- и рентгеновские кванты и Ожэ- и конверсионные электроны, возникающие при разрядке ядерного уровня 9.4 кэВ. Масса 83Kr в рабочем объеме счетчика равняется 58 г. Измеренный спектр в интервале (4–20) кэВ подгонялся функцией для непрерывного фона и 4-мя гауссовыми пиками. Три гауссовых функции описывали известные пики рентгеновского излучения меди и широкий пик с энергией 13.5 кэВ. Четвертый гауссиан описывал аксионный пик с энергией 9.4 кэВ, его положение и дисперсия были привязаны к параметрам рентгеновских пиков меди. Аксионный пик статистически не проявился. Определенный верхний предел на число событий в пике с энергией 9.4 кэВ позволяет ограничить константы взаимодействия аксиона gAe и gAN и массу аксиона mA. Полученное ограничение на величину |gAe×mA| ≤ 1.17x10-9 эВ исключает новую область величин gAe при относительно больших значениях масс аксиона mA. Полученный верхний предел почти в 4 раза более строгий, чем результат эксперимента по поиску резонансного возбуждения первого ядерного уровня 169Tm. Установленные нами верхние пределы на константу связи солнечных аксионов с электронами для масс mA ≥ 0.3 кэВ являются наиболее строгими среди лабораторных ограничений и близки к астрофизическим ограничениям. По результатам анализа опубликована статья в журнале Письма ЖЭТФ.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Целью проекта является поиск взаимодействия аксионов и аксионо-подобных частиц, которые рождаются внутри Солнца. Интенсивные экспериментальные поиски аксионов поддерживаются двумя основными обстоятельствами: во-первых, аксионы решают СР-проблему сильных взаимодействий и, во-вторых, аксионы являются хорошо мотивированными кандидатами на роль частиц темной материи. Звезды, включая Солнце, должны быть мощными источниками аксионов. Интенсивные потоки аксионов могут образовываться на Солнце в целом ряде процессов, вероятность которых зависит от констант связи аксиона с фотонами gAγ, электронами gAe и нуклонами gAN. Для регистрации аксионов нами выбрана реакция резонансного поглощения аксионов ядрами. Это процесс аналогичный резонансному поглощению гамма-квантов. Большая величина сечения данной реакции для гамма-квантов приводит к высокой чувствительности предлагаемого эксперимента к константам gAγ, gAe и gAN, и, как следствие, к массе аксиона mA. Для поиска реакции резонансного возбуждения мы предложили использоваться ядра 169Tm, первый ядерный уровень которых имеет энергию всего 8.4 кэВ (3/2+). Детектирование гамма-квантов и электронов, возникающих при разрядке уровня осуществляется с помощью криогенного болометрического детектора, в чувствительный объем которого входит тулий. В 2023 году мы продолжили работы по подготовке кристаллов тулиевого граната Tm3Al5O12 в качестве низкотемпературного болометра для поиска солнечных аксионов. В 2023 году выращена новая буля тулиевого граната высокого качества. Один из подготовленных кристаллов был установлен в сухой криостат растворения c базовой температурой 10 мК в лаборатории сверхпроводниковой наноэлектроники НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Н. Новгород. Болометрические измерения с данными кристаллами начнутся после изготовления отечественных TES термисторов и установки их на кристаллы. Проведен поиск реакции аксиоэлектрического эффекта (АЭ) для солнечных аксионов в атомах криптона на основе данных эксперимента ИЯИ РАН в Баксанской нейтринной обсерватории. Аксиоэлектрический эффект является аналогом фотоэффекта. В результате реакции аксион исчезает, при этом появляется свободный электрон и последующее характеристическое рентгеновское излучение атома. Сечение АЭ прямо пропорционально сечению фотоэффекта и константе связи gAe^2, число событий АЭ зависит от потока и спектра налетающих на детектор аксионов. Выполнен поиск данной реакции для солнечных аксионов, потоки которых зависят от констант связи аксиона с электроном и с фотоном. В результате получены новые ограничения на константу связи аксиона с электроном |gAe|≤ 4.9*10^{-11} и на произведение констант связи аксиона с электроном и фотоном |gAe gAγ| ≤ 1.6*10^{-19}GeV^{-1} (90% у.д.). Полученные ограничения являются модельно-независимыми ограничениями на константы связи аксиона (или любой другой псевдоскалярной аксионоподобной частицы) с электроном и фотоном. Ограничение на |gAe gAγ| впервые получено с использованием реакции аксиоэлектрического эффекта, является наиболее строгим для масс аксиона более 0.6 eV и улучшает в 2–20 раз ограничения из предыдущих работ. Предел на |gAe| близок к результату, полученному в предположении, что потери энергии Солнцем за счет аксионов составляют не более 10% энергии, уносимой нейтрино. Впервые проведен поиск резонансного поглощения монохроматических солнечных аксионов с энергией 8.41 кэВ ядрами 169Tm, приводящего к возбуждению первого ядерного уровня 169Tm. Вычислен поток таких аксионов, связанный с разрядкой первого ядерного уровня 169Tm, возбуждаемого за счет высокой температуры Солнца. Для регистрации частиц, возникающих при разрядке уровня, использовался кристалл Tm3Al5O12, работающий как низкотемпературный болометр. В результате получены новые верхние пределы на массу аксиона в KSVZ- и DFSZ-моделях, которые, для 90% у.д., составляют mA < 141 эВ и mA < 244 эВ соответственно. По результатам анализа опубликована статья в Письмах ЖЭТФ.