Tamsus fotonas. Nematomo ieškojimas

Fotonas yra elementari dalelė, susijusi su šviesa. Tačiau maždaug dešimtmetį kai kurie mokslininkai manė, kad egzistuoja tamsus arba tamsus fotonas. Paprastam žmogui tokia formuluotė atrodo prieštaraujanti savaime. Fizikams tai prasminga, nes, jų nuomone, tai leidžia atskleisti tamsiosios materijos paslaptį.

Naujos greitintuvo eksperimentų duomenų analizės, daugiausia rezultatai BaBar detektoriusparodyk kur tamsus fotonas jis nėra paslėptas, t. y. neįtraukiamos zonos, kuriose jis nebuvo rastas. BaBar eksperimentas, vykęs 1999–2008 m. SLAC (Stanfordo linijinio greitintuvo centre) Menlo parke, Kalifornijoje, surinko duomenis iš elektronų susidūrimai su pozitronais, teigiamai įkrautų elektronų antidalelės. Pagrindinė eksperimento dalis, vadinama PKP-II, buvo atlikta bendradarbiaujant su SLAC, Berkeley Lab ir Lawrence Livermore National Laboratory. Daugiau nei 630 fizikų iš trylikos šalių bendradarbiavo kurdami BaBar jo piko metu.

Naujausioje analizėje buvo panaudota apie 10% „BaBar“ duomenų, užfiksuotų per pastaruosius dvejus veiklos metus. Tyrimai buvo skirti dalelių, neįtrauktų į standartinį fizikos modelį, paieška. Gautoje diagramoje parodyta paieškos sritis (žalia), ištirta atliekant BaBar duomenų analizę, kurioje tamsių fotonų nerasta. Diagramoje taip pat rodomos kitų eksperimentų paieškos sritys. Raudona juosta rodo sritį, skirtą patikrinti, ar tamsūs fotonai sukelia vadinamuosius g-2 anomalijao balti laukai liko neištirti, ar nėra tamsių fotonų. Diagramoje taip pat atsižvelgiama eksperimentas NA64pagamintas CERN.

Nuotrauka. Maximilian Bris / CERN

Kaip ir paprastas fotonas, tamsusis fotonas perduos elektromagnetinę jėgą tarp tamsiosios medžiagos dalelių. Tai taip pat gali parodyti potencialiai silpną ryšį su įprasta medžiaga, o tai reiškia, kad didelės energijos susidūrimų metu gali susidaryti tamsūs fotonai. Ankstesnių paieškų metu nepavyko rasti jo pėdsakų, tačiau dažniausiai buvo manoma, kad tamsieji fotonai suyra į elektronus ar kitas matomas daleles.

Atliekant naują tyrimą BaBar, buvo svarstomas scenarijus, pagal kurį juodas fotonas susidaro kaip paprastas fotonas elektronų ir pozitronų susidūrimo metu, o tada suyra į tamsias medžiagos daleles, nematomas detektoriui. Tokiu atveju būtų galima aptikti tik vieną dalelę – eilinį fotoną, pernešantį tam tikrą energijos kiekį. Taigi komanda ieškojo konkrečių energijos įvykių, atitinkančių tamsiojo fotono masę. Jis nerado tokio smūgio 8 GeV masėse.

Jurijus Kolomenskis, Berklio laboratorijos branduolio fizikas ir Kalifornijos universiteto Berklio fizikos katedros narys, pranešime spaudai sakė, kad „tamsaus fotono parašas detektoriuje bus toks pat paprastas kaip vienas aukštas... energijos fotonas ir jokios kitos veiklos“. Vienintelis pluošto dalelės skleidžiamas fotonas signalizuotų, kad elektronas susidūrė su pozitronu ir kad nematomas tamsusis fotonas subyrėjo į tamsias materijos daleles, nematomas detektoriui ir pasireikštų nesant jokios kitos lydinčios energijos.

Tamsus fotonas taip pat gali paaiškinti neatitikimą tarp stebimų miuono sukimosi savybių ir standartinio modelio prognozuojamos vertės. Tikslas yra išmatuoti šią savybę geriausiu žinomu tikslumu. miuono eksperimentas g-2atlikta Fermi nacionalinėje akceleratoriaus laboratorijoje. Kaip sakė Kolomenskis, naujausios BaBar eksperimento rezultatų analizės iš esmės „atmeta galimybę g-2 anomaliją paaiškinti tamsiais fotonais, tačiau tai taip pat reiškia, kad g-2 anomaliją lemia kažkas kitas“.

Tamsųjį fotoną 2008 m. pirmą kartą pasiūlė Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Seanas M. Carrollas ir Markas Kamionkowskis, norėdami paaiškinti „g-2 anomaliją“ E821 eksperimente Brukhaveno nacionalinėje laboratorijoje.

tamsus portalas

Pastaraisiais metais atliktas minėtas CERN eksperimentas, pavadintas NA64, taip pat nesugebėjo aptikti tamsiuosius fotonus lydinčių reiškinių. Remiantis straipsniu „Physical Review Letters“, išanalizavę duomenis, Ženevos fizikai negalėjo rasti tamsių fotonų, kurių masė būtų nuo 10 GeV iki 70 GeV.

Tačiau komentuodamas šiuos rezultatus Jamesas Beechamas iš ATLAS eksperimento išreiškė viltį, kad pirmoji nesėkmė paskatins konkuruojančias ATLAS ir CMS komandas toliau ieškoti.

Beecham pakomentavo Physical Review Letters. -

Panašus į BaBar eksperimentas Japonijoje vadinamas Varpas IIkuris, kaip tikimasi, suteiks šimtą kartų daugiau duomenų nei BaBar.

Remiantis Pietų Korėjos Pagrindinių mokslų instituto mokslininkų hipoteze, persekiojančią įprastos materijos ir tamsos ryšio paslaptį galima paaiškinti naudojant portalo modelį, žinomą kaip "portalas tamsus ašis ». Jis pagrįstas dviem hipotetinėmis tamsaus sektoriaus dalelėmis – ašimi ir tamsiuoju fotonu. Portalas, kaip rodo pavadinimas, yra perėjimas tarp tamsiosios materijos ir nežinomos fizikos bei to, ką mes žinome ir suprantame. Du pasaulius jungia tamsus fotonas, esantis kitoje pusėje, tačiau fizikai sako, kad jį galima aptikti naudojant mūsų prietaisus.

Vaizdo įrašas apie NA64 eksperimentą:

Paslaptingo tamsaus fotono medžioklė: NA64 eksperimentas