Mörk foton. Söker efter det osynliga

En foton är en elementarpartikel associerad med ljus. Men i ungefär ett decennium trodde vissa forskare att det fanns vad de kallar en mörk eller mörk foton. För en vanlig människa verkar en sådan formulering vara en motsägelse i sig. För fysiker är detta vettigt, eftersom det, enligt deras åsikt, leder till att reda ut mysteriet med mörk materia.

Nya analyser av data från acceleratorexperiment, främst resultat BaBar detektorvisa mig var mörk foton den är inte dold, dvs den utesluter zoner där den inte hittades. BaBar-experimentet, som pågick från 1999 till 2008 vid SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) i Menlo Park, Kalifornien, samlade in data från kollisioner av elektroner med positroner, positivt laddade elektronantipartiklar. Huvuddelen av experimentet, kallas PKP-II, genomfördes i samarbete med SLAC, Berkeley Lab och Lawrence Livermore National Laboratory. Över 630 fysiker från tretton länder samarbetade om BaBar när den var som mest.

Den senaste analysen använde cirka 10 % av BaBars data som registrerats under dess två senaste verksamhetsår. Forskning har fokuserat på att hitta partiklar som inte ingår i standardmodellen för fysik. Den resulterande plotten visar sökområdet (grönt) utforskat i BaBar-dataanalys där inga mörka fotoner hittades. Grafen visar även sökområden för andra experiment. Den röda stapeln visar området för att kontrollera om mörka fotoner orsakar sk g-2 anomalioch de vita fälten förblev outforskade för närvaron av mörka fotoner. Diagrammet tar också hänsyn till experiment NA64gjord på CERN.

Ett foto. Maximilian Bris/CERN

Liksom en vanlig foton kommer en mörk foton att överföra elektromagnetisk kraft mellan mörk materia partiklar. Det kan också visa en potentiellt svag bindning med vanlig materia, vilket innebär att mörka fotoner kan produceras i högenergikollisioner. Tidigare sökningar har inte lyckats hitta spår av det, men mörka fotoner har i allmänhet antagits sönderfalla till elektroner eller andra synliga partiklar.

För en ny studie vid BaBar övervägdes ett scenario där en svart foton bildas som en vanlig foton i en elektron-positron-kollision, och sedan sönderfaller till mörka partiklar av materia som är osynliga för detektorn. I det här fallet kunde bara en partikel detekteras - en vanlig foton som bär en viss mängd energi. Så teamet letade efter specifika energihändelser som matchade massan av den mörka fotonen. Han hittade inte en sådan träff på 8 GeV-massorna.

Yuri Kolomensky, en kärnfysiker vid Berkeley Lab och medlem av Institutionen för fysik vid University of California, Berkeley, sa i ett pressmeddelande att "signaturen för en mörk foton i detektorn kommer att vara så enkel som en hög- energifoton och ingen annan aktivitet." En enda foton som sänds ut av en strålpartikel skulle signalera att en elektron kolliderade med en positron och att den osynliga mörka fotonen hade sönderfallit till mörka partiklar av materia, osynliga för detektorn, som manifesterade sig i frånvaro av någon annan medföljande energi.

Den mörka fotonen antas också förklara diskrepansen mellan de observerade egenskaperna hos myonspinnet och värdet som förutsägs av standardmodellen. Målet är att mäta denna egenskap med den mest kända noggrannheten. muonexperiment g-2genomfördes vid Fermi National Accelerator Laboratory. Som Kolomensky sa, nyligen genomförda analyser av resultaten av BaBar-experimentet "utesluter i stort sett möjligheten att förklara g-2-anomalien i termer av mörka fotoner, men det betyder också att något annat driver g-2-anomin."

Den mörka fotonen föreslogs först 2008 av Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll och Mark Kamionkowski för att förklara "g-2-anomalien" i E821-experimentet vid Brookhaven National Laboratory.

mörk portal

Det tidigare nämnda CERN-experimentet kallat NA64, som utförts under de senaste åren, misslyckades inte heller med att upptäcka fenomenen som åtföljer mörka fotoner. Som rapporterats i en artikel i "Physical Review Letters", efter att ha analyserat data, kunde fysiker från Genève inte hitta mörka fotoner med massor från 10 GeV till 70 GeV.

Men när han kommenterade dessa resultat uttryckte James Beecham från ATLAS-experimentet sin förhoppning om att det första misslyckandet skulle uppmuntra de konkurrerande ATLAS- och CMS-teamen att fortsätta leta.

Beecham kommenterade i Physical Review Letters. -

Ett experiment som liknar BaBar i Japan kallas Bell IIvilket förväntas ge hundra gånger mer data än BaBar.

Enligt hypotesen från forskare från Institute of Basic Sciences i Sydkorea kan det hemska mysteriet med förhållandet mellan vanlig materia och mörker förklaras med hjälp av en portalmodell känd som "mörk axion portal ». Den är baserad på två hypotetiska mörka sektorpartiklar, axionen och den mörka fotonen. Portalen är, som namnet antyder, en övergång mellan mörk materia och okänd fysik och det vi vet och förstår. Att koppla samman dessa två världar är en mörk foton som finns på andra sidan, men fysiker säger att den kan upptäckas med våra instrument.

Video om NA64-experimentet:

På jakt efter den mystiska mörka fotonen: NA64-experimentet