Foton întunecat. În căutarea invizibilului

Un foton este o particulă elementară asociată cu lumina. Cu toate acestea, timp de aproximativ un deceniu, unii oameni de știință au crezut că există ceea ce ei numesc un foton întunecat sau întunecat. Pentru o persoană obișnuită, o astfel de formulare pare a fi o contradicție în sine. Pentru fizicieni, acest lucru are sens, deoarece, în opinia lor, duce la dezvăluirea misterului materiei întunecate.

Noi analize ale datelor din experimentele cu accelerator, în principal rezultate detector BaBararata-mi unde foton întunecat nu este ascuns, adică exclude zonele în care nu a fost găsit. Experimentul BaBar, care a avut loc între 1999 și 2008 la SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) din Menlo Park, California, a colectat date de la ciocnirile electronilor cu pozitronii, antiparticule de electroni încărcate pozitiv. Partea principală a experimentului, numită PKP-II, a fost realizat în colaborare cu SLAC, Berkeley Lab și Lawrence Livermore National Laboratory. Peste 630 de fizicieni din treisprezece țări au colaborat la BaBar la apogeu.

Cea mai recentă analiză a folosit aproximativ 10% din datele BaBar înregistrate în ultimii doi ani de funcționare. Cercetările s-au concentrat pe găsirea de particule care nu sunt incluse în modelul standard al fizicii. Graficul rezultat arată zona de căutare (verde) explorată în analiza datelor BaBar unde nu au fost găsiți fotoni întunecați. Graficul arată, de asemenea, zone de căutare pentru alte experimente. Bara roșie arată zona pentru a verifica dacă fotonii întunecați provoacă așa-numitele anomalie g-2iar câmpurile albe au rămas neexaminate pentru prezența fotonilor întunecați. Graficul ia in considerare si experimentul NA64realizat la CERN.

O fotografie. Maximilian Bris/CERN

La fel ca un foton obișnuit, un foton întunecat va transfera forța electromagnetică între particulele de materie întunecată. De asemenea, ar putea arăta o legătură potențial slabă cu materia obișnuită, ceea ce înseamnă că fotonii întunecați ar putea fi produși în coliziuni de înaltă energie. Căutările anterioare nu au reușit să găsească urme ale acestuia, dar în general se presupune că fotonii întunecați se descompun în electroni sau alte particule vizibile.

Pentru un nou studiu la BaBar, a fost luat în considerare un scenariu în care un foton negru se formează ca un foton obișnuit într-o coliziune electron-pozitron și apoi se descompune în particule întunecate de materie invizibile pentru detector. În acest caz, ar putea fi detectată o singură particulă - un foton obișnuit care transportă o anumită cantitate de energie. Deci, echipa a căutat evenimente energetice specifice care se potriveau cu masa fotonului întunecat. El nu a găsit o astfel de lovitură pe masele de 8 GeV.

Yuri Kolomensky, un fizician nuclear la Laboratorul Berkeley și membru al Departamentului de Fizică de la Universitatea din California, Berkeley, a declarat într-un comunicat de presă că „semnătura unui foton întunecat în detector va fi la fel de simplă ca unul înalt. foton de energie și nicio altă activitate.” Un singur foton emis de o particulă a fasciculului ar semnala că un electron s-a ciocnit cu un pozitron și că fotonul întunecat invizibil s-a dezintegrat în particule întunecate de materie, invizibile pentru detector, manifestându-se în absența oricărei alte energii însoțitoare.

Fotonul întunecat este, de asemenea, postulat pentru a explica discrepanța dintre proprietățile observate ale spinului muonului și valoarea prezisă de modelul standard. Scopul este de a măsura această proprietate cu cea mai cunoscută precizie. experimentul cu muoni g-2realizat la Laboratorul Național de Accelerator Fermi. După cum a spus Kolomensky, analizele recente ale rezultatelor experimentului BaBar „exclud în mare măsură posibilitatea de a explica anomalia g-2 în termeni de fotoni întunecați, dar înseamnă și că altceva determină anomalia g-2”.

Fotonul întunecat a fost propus pentru prima dată în 2008 de Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll și Mark Kamionkowski pentru a explica „anomalia g-2” din experimentul E821 de la Brookhaven National Laboratory.

portal întunecat

Experimentul CERN menționat anterior numit NA64, desfășurat în ultimii ani, nu a reușit să detecteze nici fenomenele care însoțesc fotonii întunecați. După cum se raportează într-un articol din „Physical Review Letters”, după analizarea datelor, fizicienii de la Geneva nu au putut găsi fotoni întunecați cu mase de la 10 GeV la 70 GeV.

Cu toate acestea, comentând aceste rezultate, James Beecham de la experimentul ATLAS și-a exprimat speranța că primul eșec va încuraja echipele ATLAS și CMS concurente să caute în continuare.

Beecham a comentat în Physical Review Letters. -

Se numește un experiment similar cu BaBar din Japonia Clopotul IIcare se așteaptă să ofere de o sută de ori mai multe date decât BaBar.

Conform ipotezei oamenilor de știință de la Institutul de Științe de bază din Coreea de Sud, misterul obsedant al relației dintre materia obișnuită și întuneric poate fi explicat folosind un model portal cunoscut sub numele de „portalul axionului întunecat ». Se bazează pe două particule ipotetice din sectorul întunecat, axionul și fotonul întunecat. Portalul, așa cum sugerează și numele, este o tranziție între materia întunecată și fizica necunoscută și ceea ce știm și înțelegem. Conectarea celor două lumi este un foton întunecat care se află de cealaltă parte, dar fizicienii spun că poate fi detectat cu instrumentele noastre.

Videoclip despre experimentul NA64:

Vânătoarea misteriosului foton întunecat: experimentul NA64