[论文解读] Axion mechanism of the Sun luminosity and solar dynamo - geodynamo connection

V. D. Rusov, I. V. Sharph+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文提出了一种新颖的轴子媒介机制，通过太阳较差球层的环向磁场，将太阳光度调制与地球磁场联系起来。该机制认为，太阳轴子在 57Fe 的 M1 跃迁中产生，并通过逆相干普拉克托夫效应在太阳较差球层的磁场中被调制，随后在地球核心发生共振吸收，作为地核发电机的能量来源和调制者，估计轴子-光子耦合为 1.64×10⁻⁹ GeV⁻¹，轴子-核子耦合为 10⁻⁵，轴子质量为 30 eV。

ABSTRACT

We show existence of strong negative correlation between the temporal variations of magnetic field toroidal component of the solar tachocline (the bottom of convective zone) and the Earth magnetic field (Y-component). The possibility that hypothetical solar axions, which can transform into photons in external electric or magnetic fields (the inverse Primakoff effect), can be the instrument by which the magnetic field of convective zone of the Sun modulates the magnetic field of the Earth is considered. We propose the axion mechanism of Sun luminosity and "solar dynamo - geodynamo" connection, where an energy of solar axions emitted in M1 transition in 57Fe nuclei is modulated at first by the magnetic field of the solar tachocline zone (due to the inverse coherent Primakoff effect) and after that is resonance absorbed in the core of the Earth, thereby playing the role of an energy source and a modulator of the Earth magnetic field. Within the framework of this mechanism estimations of the strength of an axion coupling to a photon (ga_gamma about 1.64*10^-9 GeV^-1), the axion-nucleon coupling (ga_gamma_eff about 10^-5) and the axion mass (ma about 30 eV) have been obtained.

研究动机与目标

• 研究太阳较差球层磁活动与地球磁场变化之间潜在的物理机制。
• 探讨假设的太阳轴子作为太阳发电机与地磁发电机之间能量与调制的媒介作用。
• 解释观测到的太阳较差球层环向磁场与地球 Y 分量磁场之间的强负相关性。
• 基于所提出的机制，估算关键的轴子耦合常数与质量。

提出的方法

• 通过太阳核心中 57Fe 核素的 M1 跃迁建模太阳轴子的产生。
• 应用逆相干普拉克托夫效应，描述在磁化太阳较差球层中轴子向光子的转换。
• 模拟调制后的轴子在空间中传播至地球的过程，考虑其在地球核心的共振吸收。
• 利用共振吸收条件确定所需的轴子质量与耦合强度。
• 通过匹配太阳与地球磁场变化的观测相关性，推断轴子参数。
• 从能量传递与调制需求出发，推导轴子-光子耦合（ga_γ）与轴子-核子有效耦合（ga_γ_eff）的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的太阳较差球层环向磁场与地球 Y 分量磁场之间的负相关性，能否通过物理的轴子媒介机制加以解释？
• RQ2 为维持太阳发电机与地磁发电机系统之间的能量传递与调制，需要哪些轴子属性（质量、与光子的耦合、与核子的耦合）？
• RQ3 太阳较差球层中的逆相干普拉克托夫效应如何调制来自 57Fe 核素的轴子发射？
• RQ4 地球核心在共振吸收轴子并由此维持地磁发电机方面起什么作用？
• RQ5 观测到的太阳光度变化能否通过轴子发射及随后在地球核心的能量沉积来解释？

主要发现

• 轴子-光子耦合常数估计为 1.64×10⁻⁹ GeV⁻¹，与轴子样粒子的理论约束一致。
• 有效轴子-核子耦合估计为 10⁻⁵，表明其与地球核心中的核子存在不可忽略的相互作用。
• 轴子质量基于地球核心中的共振吸收条件推导为约 30 eV。
• 该机制能够解释观测到的太阳较差球层环向磁场与地球 Y 分量磁场之间的强负相关性。
• 来自 57Fe M1 跃迁的轴子发射为能量提供了可行来源，该能量受太阳磁场调制，并作为有效能量输入重新注入地磁发电机。
• 较差球层区域的逆相干普拉克托夫效应被确定为调制轴子流在抵达地球前的关键机制。