Тъмен фотон. Търсене на невидимото

Фотонът е елементарна частица, свързана със светлината. Въпреки това, в продължение на около десетилетие някои учени вярваха, че съществува това, което те наричат ​​тъмен или тъмен фотон. За обикновения човек подобна формулировка изглежда сама по себе си противоречие. За физиците това има смисъл, защото според тях води до разкриване на мистерията на тъмната материя.

Нови анализи на данни от експерименти с ускорител, главно резултати Детектор BaBarпокажи ми къде тъмен фотон не е скрит, т.е. изключва зони, където не е намерен. Експериментът BaBar, който се проведе от 1999 до 2008 г. в SLAC (Станфордски линейни ускорителен център) в Менло Парк, Калифорния, събра данни от сблъсъци на електрони с позитрони, положително заредени електронни античастици. Основната част от експеримента, наречена PKP-II, беше проведено в сътрудничество със SLAC, Berkeley Lab и Lawrence Livermore National Laboratory. Над 630 физици от тринадесет страни си сътрудничиха на BaBar в своя пик.

Последният анализ използва около 10% от данните на BaBar, записани през последните две години на работа. Изследванията се фокусират върху намирането на частици, които не са включени в Стандартния модел на физиката. Получената графика показва областта на търсене (зелена), изследвана в анализа на данни на BaBar, където не са открити тъмни фотони. Графиката също показва области за търсене за други експерименти. Червената лента показва областта, за да се провери дали тъмните фотони причиняват т.нар g-2 аномалияа белите полета останаха неизследвани за наличието на тъмни фотони. Графиката също взема предвид експеримент NA64направени в ЦЕРН.

Снимка. Максимилиан Брис/ЦЕРН

Подобно на обикновен фотон, тъмен фотон ще прехвърли електромагнитна сила между частиците на тъмната материя. Той също така може да покаже потенциално слаба връзка с обикновената материя, което означава, че тъмните фотони могат да бъдат произведени при високоенергийни сблъсъци. Предишни търсения не успяха да намерят следи от него, но обикновено се приема, че тъмните фотони се разпадат на електрони или други видими частици.

За ново проучване в BaBar беше разгледан сценарий, при който черен фотон се образува като обикновен фотон при сблъсък на електрон-позитрон и след това се разпада на тъмни частици материя, невидими за детектора. В този случай можеше да бъде открита само една частица - обикновен фотон, носещ определено количество енергия. Така екипът потърси конкретни енергийни събития, които съответстват на масата на тъмния фотон. Той не намери такъв удар върху масите от 8 GeV.

Юрий Коломенски, ядрен физик в лабораторията в Бъркли и член на катедрата по физика в Калифорнийския университет в Бъркли, каза в прессъобщение, че „подписът на тъмен фотон в детектора ще бъде толкова прост, колкото един високо- енергиен фотон и никаква друга активност." Един единствен фотон, излъчен от частица на лъча, би сигнализирал, че електрон се е сблъскал с позитрон и че невидимият тъмен фотон се е разпаднал на тъмни частици материя, невидими за детектора, проявяващи се в отсъствието на друга придружаваща енергия.

Тъмният фотон също се постулира, за да обясни несъответствието между наблюдаваните свойства на спина на мюона и стойността, предвидена от Стандартния модел. Целта е да се измери това свойство с най-известната точност. мюонен експеримент g-2проведено в Националната ускорителна лаборатория на Ферми. Както каза Коломенски, последните анализи на резултатите от експеримента BaBar до голяма степен „изключват възможността за обяснение на аномалията на g-2 чрез тъмни фотони, но също така означава, че нещо друго движи аномалията на g-2“.

Тъмният фотон е предложен за първи път през 2008 г. от Лоти Акерман, Матю Р. Бъкли, Шон М. Карол и Марк Камионковски, за да се обясни "аномалията на g-2" в експеримента E821 в Националната лаборатория в Брукхейвън.

тъмен портал

Гореспоменатият експеримент на CERN, наречен NA64, проведен през последните години, също не успя да открие феномените, съпътстващи тъмните фотони. Според статия в "Physical Review Letters", след като са анализирали данните, физиците от Женева не са могли да намерят тъмни фотони с маси между 10 GeV и 70 GeV.

Въпреки това, коментирайки тези резултати, Джеймс Бийчъм от експеримента ATLAS изрази надеждата си, че първият провал ще насърчи конкуриращите се екипи на ATLAS и CMS да продължат да търсят.

Beecham коментира в Physical Review Letters. -

Нарича се експеримент, подобен на BaBar в Япония Камбана IIкоето се очаква да даде сто пъти повече данни от BaBar.

Според хипотезата на учени от Института за основни науки в Южна Корея, натрапчивата мистерия на връзката между обикновената материя и тъмнината може да бъде обяснена с помощта на портален модел, известен като "портал за тъмни аксиони ». Той се основава на две хипотетични частици с тъмен сектор, аксионът и тъмният фотон. Порталът, както подсказва името, е преход между тъмната материя и неизвестната физика и това, което знаем и разбираме. Свързването на двата свята е тъмен фотон, който е от другата страна, но физиците казват, че може да бъде открит с нашите инструменти.

Видео за експеримента NA64:

Лов за мистериозния тъмен фотон: експериментът NA64