Sötét foton. A láthatatlan keresése

A foton a fényhez kapcsolódó elemi részecske. Egyes tudósok azonban körülbelül egy évtizedig úgy vélték, hogy létezik az általuk sötét vagy sötét foton. Egy hétköznapi ember számára egy ilyen megfogalmazás önmagában is ellentmondásnak tűnik. A fizikusok számára ennek van értelme, mert véleményük szerint ez a sötét anyag titkának megfejtéséhez vezet.

A gyorsítókísérletek adatainak új elemzései, főként eredmények BaBar detektormutasd meg hol sötét foton nem rejtett, azaz kizárja azokat a zónákat, ahol nem található. A BaBar kísérlet, amely 1999 és 2008 között zajlott a kaliforniai Menlo Parkban található SLAC-ban (Stanford Linear Accelerator Center), adatokat gyűjtött elektronok ütközése pozitronokkal, pozitív töltésű elektron antirészecskék. A kísérlet fő része, az ún PKP-II, az SLAC, a Berkeley Lab és a Lawrence Livermore National Laboratory együttműködésében készült. Tizenhárom ország több mint 630 fizikusa működött együtt a BaBar csúcspontján.

A legutóbbi elemzés a BaBar elmúlt két évében rögzített adatok mintegy 10%-át használta fel. A kutatás olyan részecskék megtalálására összpontosított, amelyek nem szerepelnek a fizika standard modelljében. Az eredményül kapott grafikon a BaBar adatelemzés során feltárt keresési területet (zöld) mutatja, ahol nem találtak sötét fotonokat. A grafikonon más kísérletek keresési területei is láthatók. A piros sáv mutatja azt a területet, hogy ellenőrizze, hogy a sötét fotonok okoznak-e ún g-2 anomáliaés a fehér mezőket nem vizsgálták sötét fotonok jelenlétére. A diagram azt is figyelembe veszi kísérlet NA64a CERN-ben készült.

Fénykép. Maximilian Bris/CERN

Egy közönséges fotonhoz hasonlóan a sötét foton is elektromágneses erőt visz át a sötét anyag részecskéi között. Potenciálisan gyenge kötést mutathat a közönséges anyaggal, ami azt jelenti, hogy nagy energiájú ütközések során sötét fotonok keletkezhetnek. A korábbi kutatások során nem sikerült megtalálni a nyomait, de a sötét fotonokról általában azt feltételezték, hogy elektronokká vagy más látható részecskékre bomlanak.

A BaBar új tanulmányában egy olyan forgatókönyvet vettek figyelembe, amelyben egy fekete foton képződik, mint egy közönséges foton az elektron-pozitron ütközés során, majd az anyag sötét részecskéivé bomlik, amelyek a detektor számára láthatatlanok. Ebben az esetben csak egy részecskét lehetett kimutatni - egy közönséges fotont, amely bizonyos mennyiségű energiát hordoz. Így a csapat olyan konkrét energiaeseményeket keresett, amelyek megfeleltek a sötét foton tömegének. A 8 GeV-os tömegeken nem talált ilyen találatot.

Jurij Kolomenszkij, a Berkeley Lab atomfizikusa és a Kaliforniai Egyetem Fizikai Tanszékének tagja egy sajtóközleményben azt mondta, hogy "a detektorban lévő sötét foton aláírása olyan egyszerű lesz, mint egy magas. energia foton és nincs más tevékenység." Egy nyalábrészecske által kibocsátott egyetlen foton azt jelezné, hogy egy elektron ütközött egy pozitronnal, és hogy a láthatatlan sötét foton sötét anyagrészecskékké bomlott, amelyek a detektor számára láthatatlanok, és minden más kísérő energia hiányában nyilvánulnak meg.

A sötét fotonról azt is feltételezik, hogy megmagyarázza a müon spin megfigyelt tulajdonságai és a Standard Modell által megjósolt érték közötti eltérést. A cél ennek a tulajdonságnak a legjobb ismert pontosságú mérése. müonkísérlet g-2a Fermi National Accelerator Laboratoryban végezték. Ahogy Kolomensky mondta, a BaBar kísérlet eredményeinek legutóbbi elemzései nagyrészt „kizárják annak lehetőségét, hogy a g-2 anomáliát a sötét fotonokkal magyarázzák, de ez azt is jelenti, hogy valami más okozza a g-2 anomáliát”.

A sötét fotont először 2008-ban Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll és Mark Kamionkowski javasolta, hogy megmagyarázza a "g-2 anomáliát" a Brookhaven National Laboratory E821 kísérletében.

sötét portál

A már említett NA64 nevű CERN-kísérlet, amelyet az elmúlt években végeztek, szintén nem tudta kimutatni a sötét fotonokat kísérő jelenségeket. Amint arról a "Physical Review Letters" cikkben beszámoltunk, az adatok elemzése után a genfi ​​fizikusok nem találtak 10 GeV és 70 GeV közötti tömegű sötét fotonokat.

Az eredményeket kommentálva azonban James Beecham, az ATLAS-kísérlet munkatársa reményét fejezte ki, hogy az első kudarc arra ösztönzi majd a versengő ATLAS- és CMS-csapatokat, hogy tovább keressenek.

Beecham hozzászólt: Physical Review Letters. -

A japán BaBarhoz hasonló kísérletet ún Harang IIamely várhatóan százszor több adatot ad, mint a BaBar.

A dél-koreai Institute of Basic Sciences tudósainak hipotézise szerint a hétköznapi anyag és a sötétség kapcsolatának kísérteties titka megmagyarázható egy portálmodell segítségével, amelyet "sötét axion portál ». Két feltételezett sötét szektor részecskén, az axión és a sötét fotonon alapul. A portál, ahogy a neve is sugallja, átmenet a sötét anyag és az ismeretlen fizika, valamint az általunk ismert és értett dolgok között. A két világot egy sötét foton köti össze, amely a másik oldalon van, de a fizikusok szerint műszereinkkel kimutatható.

Videó az NA64 kísérletről:

Vadászat a titokzatos sötét fotonra: az NA64 kísérlet