Tamni foton. Traganje za nevidljivim
Foton je elementarna čestica povezana sa svjetlošću. Međutim, otprilike jedno desetljeće neki su znanstvenici vjerovali da postoji ono što nazivaju tamnim ili tamnim fotonom. Običnom se čovjeku čini da je takva formulacija kontradikcija sama po sebi. Za fizičare to ima smisla, jer, po njihovom mišljenju, vodi do razotkrivanja misterija tamne tvari.
Nove analize podataka iz eksperimenata na akceleratorima, uglavnom rezultata BaBar detektorpokaži mi gdje tamni foton nije skrivena, tj. isključuje zone u kojima nije pronađena. BaBar eksperiment, koji je trajao od 1999. do 2008. u SLAC-u (Stanford Linear Accelerator Center) u Menlo Parku u Kaliforniji, prikupio je podatke od sudari elektrona s pozitronima, pozitivno nabijene antičestice elektrona. Glavni dio eksperimenta, tzv PKP-II, provedeno je u suradnji sa SLAC-om, Berkeley Labom i Lawrence Livermore National Laboratory. Preko 630 fizičara iz trinaest zemalja surađivalo je na BaBar-u na svom vrhuncu.
Posljednja analiza koristila je oko 10% podataka BaBara zabilježenih u posljednje dvije godine rada. Istraživanje je usredotočeno na pronalaženje čestica koje nisu uključene u standardni model fizike. Rezultirajući grafikon prikazuje područje pretraživanja (zeleno) istraženo u BaBar analizi podataka gdje nisu pronađeni tamni fotoni. Grafikon također prikazuje područja pretraživanja za druge eksperimente. Crvena traka pokazuje područje za provjeru izazivaju li tamni fotoni tzv g-2 anomalijaa bijela polja ostala su neispitana na prisutnost tamnih fotona. Dijagram također uzima u obzir eksperiment NA64napravljeno u CERN-u.
Fotografija. Maksimilijan Bris/CERN
Poput običnog fotona, tamni foton će prenositi elektromagnetsku silu između čestica tamne tvari. Također bi mogao pokazati potencijalno slabu vezu s običnom materijom, što znači da bi tamni fotoni mogli nastati u sudarima visoke energije. Prethodne pretrage nisu uspjele pronaći njegove tragove, ali se općenito pretpostavljalo da se tamni fotoni raspadaju u elektrone ili druge vidljive čestice.
Za novu studiju u BaBaru razmatran je scenarij u kojem se crni foton formira poput običnog fotona u sudaru elektrona i pozitrona, a zatim se raspada na tamne čestice materije nevidljive detektoru. U tom se slučaju mogla detektirati samo jedna čestica – obični foton koji nosi određenu količinu energije. Stoga je tim tražio specifične energetske događaje koji odgovaraju masi tamnog fotona. Nije pronašao takav pogodak na masama od 8 GeV.
Yuri Kolomensky, nuklearni fizičar u laboratoriju Berkeley i član Odjela za fiziku na Kalifornijskom sveučilištu Berkeley, rekao je u priopćenju za javnost da će "potpis tamnog fotona u detektoru biti jednostavan kao jedan visoko- energetski foton i nikakva druga aktivnost." Jedan foton kojeg emitira čestica snopa signalizirao bi da se elektron sudario s pozitronom i da se nevidljivi tamni foton raspao na tamne čestice materije, nevidljive detektoru, očitujući se u odsutnosti bilo koje druge popratne energije.
Također se pretpostavlja da tamni foton objašnjava nesklad između opaženih svojstava spina miona i vrijednosti predviđene Standardnim modelom. Cilj je izmjeriti ovo svojstvo s najpoznatijom točnošću. mionski pokus g-2provedeno u Fermi National Accelerator Laboratory. Kako je rekao Kolomensky, nedavne analize rezultata eksperimenta BaBar uvelike "isključuju mogućnost objašnjenja anomalije g-2 u terminima tamnih fotona, ali također znači da nešto drugo pokreće anomaliju g-2."
Tamni foton prvi su 2008. predložili Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll i Mark Kamionkowski kako bi objasnili "g-2 anomaliju" u eksperimentu E821 u Brookhaven National Laboratory.
mračni portal
Spomenuti CERN-ov eksperiment pod nazivom NA64, proveden posljednjih godina, također nije uspio otkriti fenomene koji prate tamne fotone. Kako je objavljeno u članku u "Physical Review Letters", nakon analize podataka, fizičari iz Ženeve nisu mogli pronaći tamne fotone s masama od 10 GeV do 70 GeV.
Međutim, komentirajući ove rezultate, James Beecham iz eksperimenta ATLAS izrazio je nadu da će prvi neuspjeh potaknuti konkurentske ATLAS i CMS timove da nastave tražiti.
Beecham je komentirao u Physical Review Letters. -
Zove se eksperiment sličan BaBar-u u Japanu Zvono IIza koju se očekuje da će dati sto puta više podataka od BaBara.
Prema hipotezi znanstvenika s Instituta za temeljne znanosti u Južnoj Koreji, zastrašujuća misterija odnosa između obične materije i tame može se objasniti korištenjem portalnog modela poznatog kao "mračni axion portal ». Temelji se na dvije hipotetske čestice tamnog sektora, aksionu i tamnom fotonu. Portal je, kao što ime govori, prijelaz između tamne tvari i nepoznate fizike i onoga što znamo i razumijemo. Povezuje ova dva svijeta tamni foton koji je s druge strane, ali fizičari kažu da se može detektirati našim instrumentima.
Video o eksperimentu NA64:
Lov na tajanstveni tamni foton: eksperiment NA64
