Search for 8.4-keV Solar Axions Emitted in the M1 Transition in 169Tm Nuclei

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Axions with an energy of 8.4 keV emitted in the М1 transition in 169Tm nuclei in the Sun are sought in the A+169Tm">A+169Tm → 169Tm* → 169Tm+(γ,e)">169Tm+(γ,e) (8.4 keV) reaction of resonant absorption by 169Tm nuclei on the Earth using a Tm3Al5O12">Tm3Al5O12 thulium garnet crystal as a bolometric detector. The flux of monochromatic 8.4‑keV axions has been calculated. New constraints on the axion–nucleon coupling constants have been obtained and, as a result, new upper bounds on the axion mass mAKSVZ⩽141">mAKSVZ⩽141 eV and mADFSZ⩽244">mADFSZ⩽244 eV have been obtained at 90% C.L. in the KSVZ and DFSZ models, respectively.

About the authors

A. V. Derbin

Konstantinov Petersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center ‘‘Kurchatov Institute’

Email: drachnev_is@pnpi.nrcki.ru
Gatchina, Russia

I. S. Drachnev

Konstantinov Petersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center ‘‘Kurchatov Institute’

Email: drachnev_is@pnpi.nrcki.ru
Gatchina, Russia

V. N. Muratova

Konstantinov Petersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center Kurchatov Institute

Email: trushin_mv@pnpi.nrcki.ru
Gatchina, Russia

D. A. Semenov

Konstantinov Petersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center Kurchatov Institute

Email: trushin_mv@pnpi.nrcki.ru
Gatchina, Russia

M. V. Trushin

Konstantinov Petersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center ‘‘Kurchatov Institute’’

Email: drachnev_is@pnpi.nrcki.ru
Gatchina, Russia

E. V. Unzhakov

Konstantinov Petersburg Nuclear Physics Institute, National Research Center Kurchatov Institute

Author for correspondence.
Email: trushin_mv@pnpi.nrcki.ru
Gatchina, Russia

References

  1. R. D. Peccei and H. R. Quinn, Phys. Rev. Lett. 38, 1440 (1977).
  2. S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 40, 223 (1978).
  3. F. Wilczek, Phys. Rev. Lett. 40, 279 (1978).
  4. S. Mariyama, Phys. Rev. Lett. 75, 3222 (1995).
  5. A. V. Derbin, A. I. Egorov, I. A. Mitropol'sky, V. N. Muratova, D. A. Semenov, and E. V. Unzhakov, Eur. Phys. J. C 62, 755 (2009).
  6. A. V. Derbin, V. N. Muratova, D. A. Semenov, and E. V. Unzhakov, Phys. At. Nucl. 74, 596 (2011).
  7. M. Krˇcmar, Z. Kreˇcak, A. Ljubiˇci'c, M. Stipˇcevi'c, and D. A. Bradley, Phys. Rev. D 64, 115016 (2001).
  8. A. V. Derbin, A. I. Egorov, I. A. Mitropol'skii, and V. N. Muratova, JETP Lett. 81, 365 (2005).
  9. P. Belli, R. Bernabei, R. Cerulli et al. (Collaboration), Nucl. Phys. A 806, 388 (2008).
  10. Yu. M. Gavrilyuk, A. N. Gangapshev, A. V. Derbin, I. S. Drachnev, V. V. Kazalov, V. V. Kobychev, V. V. Kuz'minov, V. N. Muratova, S. I. Panasenkod, S. S. Ratkevicha, D. A. Semenov, D. A. Tekueva, E. V. Unzhakov, and S. P. Yakimenko, JETP Lett. 101, 664 (2015).
  11. A. V. Derbin, I. S. Drachnev, A. M. Gangapshev, Yu. M. Gavrilyuk, V. V. Kazalov, V. V. Kobychev, V. V. Kuzminov, V. N. Muratova, S. I. Panashenko, S. S. Ratkevich, D. A. Tekueva, E. V. Unzhakov, and S. P. Yakimenko, J. Phys.: Conf. Ser. 934, 012018 (2017).
  12. Yu. M. Gavrilyuk, A. N. Gangapshev, A. V. Derbin, I. S. Drachnev, V. V. Kazalov, V. V. Kuzminov, M. S. Mikulich, V. N. Muratova, D. A. Tekueva, E. V. Unzhakov, and S. P. Yakimenko, JETP Lett. 116, 13 (2022).
  13. J. E. Kim, Phys. Rev. Lett. 43, 103 (1979).
  14. M. Shifman, A. Vainshtein, and V. Zakharov, Nucl. Phys. B 166, 493 (1980).
  15. M. Dine, W. Fischler, M. Srednicki, Phys. Lett. B 104, 199 (1981).
  16. A. Zhitnitskii, Sov. J. Nucl. Phys. 31, 2 (1980).
  17. M. Gorghetto and G. Villadoro, JHEP 03, 033 (2019).
  18. R. L. Workman, V. D. Burkert, V. Crede et al. (Particle Data Group), Prog. Theor. Exp. Phys. 083C01 (2022) and 2023 update.
  19. A. V. Derbin, S. V. Bakhlanov, A. I. Egorov, I. A. Mitropol'sky, V. N. Muratova, D. A. Semenov, and E. V. Unzhakov, Phys. Lett. B 678, 181 (2009).
  20. A. V. Derbin, A. S. Kayunov, V. N. Muratova, D. A. Semenov, and E. V. Unzhakov, Phys. Rev. D 83, 023505 (2011).
  21. P. Sikivie, Phys. Rev. Lett. 51, 1415 (1983).
  22. V. Anastassopoulos, S. Aune, K. Barth et al. (CAST collaboration), Nature Phys. 13, 584 (2017).
  23. F. T. Avignone, D. Abriola, R. L. Brodzinski et al. (Collaboration), The SOLAX Collaboration, Nucl. Phys. Proc. Supll. 72, 176 (1999).
  24. E. Armengaud, Q. Arnaud, C. Augier et al. (EDELWEISS Collaboration), JCAP 1311, 067 (2013).
  25. C. M. Baglin, Nuclear Data Sheets 109, 2033 (2008).
  26. W. C. Haxton and K. Y. Lee, Phys. Rev. Lett. 66, 2557 (1991).
  27. J. N. Bahcall, A. M. Serenelli, and S. Basu, Astrophys. J. 621, L85 (2005).
  28. N. Grevesse and A. J. Sauval, Space Sci. Rev. 85, 161 (1998).
  29. T. W. Donnelly, S. J. Freedman, R. S. Lytel, R. D. Peccei, and M. Schwartz, Phys. Rev. D 18, 1607 (1978).
  30. F. T. Avignone, C. Baktash, W. C. Barker, F. P. Calaprice, R. W. Dunford, W. C. Haxton, D. Kahana, R. T. Kouzes, H. S. Miley, and D. M. Moltz, Phys. Rev. D 37, 618 (1988).
  31. G. G. di Cortona, E. Hardy, J. P. Vega, and G. Villadoro, JHEP 01, 034 (2016).
  32. F. T. Avignone III, R. J. Creswick, J. D. Vergados, P. Pirinen, P. C. Srivastava, and J. Suhonen, JCAP 01, 021 (2018).
  33. E. Bertoldo, A. V. Derbin, I. S. Drachnev et al. (Collaboration), Nuclear Instruments and Methods A 949, 162924 (2020).
  34. A. H. Abdelhameed, S. V. Bakhlanov, P. Bauer et al. (Collaboration), Eur. Phys. J. C 80, 376 (2020).
  35. J. Keller and A. Sedrakian, Nucl. Phys. A 897, 62 (2013).
  36. A. Sedrakian, Phys. Rev. D 93, 6, 065044 (2016).
  37. K. Hamaguchi, N. Nagata, K. Yanagi, and J. Zheng, Phys. Rev. D 98(10), 103015 (2018).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».