الفوتون المظلم. البحث عن غير المرئي

الفوتون هو جسيم أولي مرتبط بالضوء. ومع ذلك ، لمدة عقد تقريبًا ، اعتقد بعض العلماء أن هناك ما يسمونه الفوتون المظلم أو المظلم. بالنسبة لشخص عادي ، تبدو هذه الصيغة وكأنها تناقض في حد ذاتها. بالنسبة لعلماء الفيزياء ، هذا أمر منطقي ، لأنه ، في رأيهم ، يؤدي إلى كشف لغز المادة المظلمة.

تحليلات جديدة للبيانات من تجارب المسرعات ، النتائج بشكل أساسي كاشف ببارأرني أين الفوتون المظلم ليست مخفية ، أي أنها تستثني المناطق التي لم يتم العثور عليها فيها. تجربة BaBar ، التي استمرت من 1999 إلى 2008 في SLAC (مركز ستانفورد الخطي المعجل) في مينلو بارك ، كاليفورنيا ، جمعت البيانات من تصادم الإلكترونات مع البوزيترونات، الجسيمات المضادة للإلكترون موجبة الشحنة. الجزء الرئيسي من التجربة يسمى PKP-II، بالتعاون مع SLAC ومختبر بيركلي ومختبر لورانس ليفرمور الوطني. تعاون أكثر من 630 عالمًا فيزيائيًا من ثلاثة عشر دولة في BaBar في ذروتها.

استخدم التحليل الأخير حوالي 10٪ من بيانات BaBar المسجلة في العامين الأخيرين من عملها. ركز البحث على إيجاد جسيمات غير مدرجة في النموذج القياسي للفيزياء. تُظهر المؤامرة الناتجة منطقة البحث (الخضراء) التي تم استكشافها في تحليل بيانات BaBar حيث لم يتم العثور على فوتونات داكنة. يعرض الرسم البياني أيضًا مناطق بحث لتجارب أخرى. يُظهر الشريط الأحمر المنطقة للتحقق مما إذا كانت الفوتونات المظلمة تسبب ما يسمى شذوذ g-2وظلت الحقول البيضاء غير مفحوصة لوجود فوتونات مظلمة. الرسم البياني يأخذ في الاعتبار أيضا تجربة NA64صنع في CERN.

صورة. ماكسيميليان بريس / سيرن

مثل الفوتون العادي ، ينقل الفوتون المظلم القوة الكهرومغناطيسية بين جسيمات المادة المظلمة. يمكن أن يُظهر أيضًا ارتباطًا ضعيفًا محتملًا مع المادة العادية ، مما يعني أنه يمكن إنتاج الفوتونات المظلمة في تصادمات عالية الطاقة. فشلت عمليات البحث السابقة في العثور على آثار لها ، ولكن يُفترض عمومًا أن الفوتونات المظلمة تتحلل إلى إلكترونات أو جسيمات مرئية أخرى.

بالنسبة لدراسة جديدة في BaBar ، تم النظر في سيناريو يتشكل فيه الفوتون الأسود مثل الفوتون العادي في تصادم الإلكترون والبوزيترون ، ثم يتحلل إلى جسيمات مظلمة من المادة غير مرئية للكاشف. في هذه الحالة ، سيكون من الممكن اكتشاف جسيم واحد فقط - فوتون عادي يحمل كمية معينة من الطاقة. لذلك بحث الفريق عن أحداث طاقة معينة تطابق كتلة الفوتون المظلم. لم يجد مثل هذه الضربة على كتل 8 GeV.

قال يوري كولومنسكي ، عالم الفيزياء النووية في مختبر بيركلي وعضو قسم الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، في بيان صحفي إن "توقيع فوتون مظلم في الكاشف سيكون بسيطًا مثل توقيع واحد عالي- فوتون الطاقة وليس أي نشاط آخر ". يشير الفوتون المنبعث من جسيم الحزمة إلى أن إلكترونًا اصطدم بالبوزيترون وأن الفوتون المظلم غير المرئي قد تحلل إلى جسيمات مظلمة من المادة ، غير مرئية للكاشف ، وتظهر نفسها في غياب أي طاقة أخرى مصاحبة.

يُفترض أيضًا أن الفوتون المظلم يشرح التناقض بين الخصائص المرصودة لدوران الميون والقيمة التي تنبأ بها النموذج القياسي. الهدف هو قياس هذه الخاصية بأفضل دقة معروفة. تجربة muon g-2أجريت في مختبر Fermi National Accelerator Laboratory. كما قال Kolomensky ، فإن التحليلات الأخيرة لنتائج تجربة BaBar "تستبعد إلى حد كبير إمكانية تفسير شذوذ g-2 من حيث الفوتونات المظلمة ، ولكن هذا يعني أيضًا أن شيئًا آخر يقود شذوذ g-2."

تم اقتراح الفوتون المظلم لأول مرة في عام 2008 من قبل لوتي أكرمان وماثيو آر باكلي وشون إم كارول ومارك كاميونكوفسكي لشرح "شذوذ g-2" في تجربة E821 في مختبر Brookhaven الوطني.

بوابة مظلمة

تجربة CERN المذكورة أعلاه والتي تسمى NA64 ، والتي أجريت في السنوات الأخيرة ، فشلت أيضًا في اكتشاف الظواهر المصاحبة للفوتونات المظلمة. كما ورد في مقال في "رسائل المراجعة الفيزيائية" ، بعد تحليل البيانات ، لم يتمكن الفيزيائيون من جنيف من العثور على فوتونات داكنة بكتل تتراوح من 10 GeV إلى 70 GeV.

ومع ذلك ، في تعليقه على هذه النتائج ، أعرب جيمس بيتشام من تجربة أطلس عن أمله في أن يؤدي الفشل الأول إلى تشجيع فرق ATLAS و CMS المتنافسة على مواصلة البحث.

علق Beecham في رسائل المراجعة المادية. -

تم استدعاء تجربة مماثلة ل BaBar في اليابان الجرس الثانيوالتي من المتوقع أن تعطي بيانات أكثر بمئات المرات من BaBar.

وفقًا لفرضية العلماء من معهد العلوم الأساسية في كوريا الجنوبية ، يمكن تفسير الغموض المؤلم للعلاقة بين المادة العادية والظلام باستخدام نموذج البوابة المعروف باسم "بوابة أكسيون الظلام ». وهو يقوم على جسيمين افتراضيين للقطاع المظلم ، وهما الأكسيون والفوتون المظلم. البوابة ، كما يوحي الاسم ، هي انتقال بين المادة المظلمة والفيزياء غير المعروفة وما نعرفه ونفهمه. يربط هذين العالمين بفوتون مظلم موجود على الجانب الآخر ، لكن علماء الفيزياء يقولون إنه يمكن اكتشافه بأدواتنا.

فيديو عن تجربة NA64:

البحث عن الفوتون المظلم الغامض: تجربة NA64