Foton gelap. Mencari yang tidak kelihatan

Foton ialah zarah asas yang dikaitkan dengan cahaya. Walau bagaimanapun, selama kira-kira sedekad, beberapa saintis percaya bahawa terdapat apa yang mereka panggil foton gelap atau gelap. Bagi orang biasa, rumusan seperti itu seolah-olah menjadi percanggahan dengan sendirinya. Bagi ahli fizik, ini masuk akal, kerana, pada pendapat mereka, ia membawa kepada pembongkaran misteri jirim gelap.

Analisis baharu data daripada eksperimen pemecut, terutamanya hasil Pengesan BaBartunjukkan saya di mana foton gelap ia tidak tersembunyi, iaitu ia tidak termasuk zon yang tidak ditemui. Percubaan BaBar, yang berlangsung dari 1999 hingga 2008 di SLAC (Pusat Pemecut Linear Stanford) di Menlo Park, California, mengumpul data daripada perlanggaran elektron dengan positron, antizarah elektron bercas positif. Bahagian utama eksperimen, dipanggil PKP-II, telah dijalankan dengan kerjasama SLAC, Berkeley Lab, dan Lawrence Livermore National Laboratory. Lebih 630 ahli fizik dari tiga belas negara bekerjasama pada BaBar pada kemuncaknya.

Analisis terkini menggunakan kira-kira 10% daripada data BaBar yang direkodkan dalam dua tahun terakhir operasinya. Penyelidikan telah memberi tumpuan kepada mencari zarah yang tidak termasuk dalam Model Standard fizik. Plot yang dihasilkan menunjukkan kawasan carian (hijau) yang diterokai dalam analisis data BaBar di mana tiada foton gelap ditemui. Graf juga menunjukkan kawasan carian untuk percubaan lain. Bar merah menunjukkan kawasan untuk memeriksa sama ada foton gelap menyebabkan apa yang dipanggil anomali g-2dan medan putih kekal tidak diperiksa untuk kehadiran foton gelap. Carta juga mengambil kira eksperimen NA64dibuat di CERN.

Gambar. Maximilian Bris/CERN

Seperti foton biasa, foton gelap akan memindahkan daya elektromagnet antara zarah jirim gelap. Ia juga boleh menunjukkan ikatan yang berpotensi lemah dengan bahan biasa, bermakna foton gelap boleh dihasilkan dalam perlanggaran tenaga tinggi. Carian sebelum ini gagal menemui kesannya, tetapi foton gelap secara amnya telah diandaikan mereput menjadi elektron atau zarah lain yang kelihatan.

Untuk kajian baharu di BaBar, satu senario telah dipertimbangkan di mana foton hitam terbentuk seperti foton biasa dalam perlanggaran elektron-positron, dan kemudian mereput menjadi zarah gelap jirim yang tidak dapat dilihat oleh pengesan. Dalam kes ini, hanya satu zarah boleh dikesan - foton biasa yang membawa sejumlah tenaga. Jadi pasukan mencari peristiwa tenaga tertentu yang sepadan dengan jisim foton gelap. Dia tidak menemui pukulan sedemikian pada 8 jisim GeV.

Yuri Kolomensky, ahli fizik nuklear di Makmal Berkeley dan ahli Jabatan Fizik di Universiti California, Berkeley, berkata dalam satu kenyataan akhbar bahawa "tandatangan foton gelap dalam pengesan akan semudah satu foton yang tinggi. foton tenaga dan tiada aktiviti lain." Foton tunggal yang dipancarkan oleh zarah pancaran akan memberi isyarat bahawa elektron berlanggar dengan positron dan foton gelap yang tidak kelihatan telah mereput menjadi zarah gelap jirim, tidak kelihatan kepada pengesan, menampakkan diri mereka tanpa sebarang tenaga yang menyertainya.

Foton gelap juga didalilkan untuk menerangkan percanggahan antara sifat yang diperhatikan bagi putaran muon dan nilai yang diramalkan oleh Model Standard. Matlamatnya adalah untuk mengukur sifat ini dengan ketepatan yang paling diketahui. eksperimen muon g-2dijalankan di Makmal Pemecut Kebangsaan Fermi. Seperti yang dikatakan Kolomensky, analisis terkini hasil eksperimen BaBar sebahagian besarnya "menolak kemungkinan menjelaskan anomali g-2 dari segi foton gelap, tetapi ia juga bermakna bahawa sesuatu yang lain mendorong anomali g-2."

Foton gelap pertama kali dicadangkan pada tahun 2008 oleh Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll dan Mark Kamionkowski untuk menerangkan "anomali g-2" dalam eksperimen E821 di Makmal Kebangsaan Brookhaven.

portal gelap

Eksperimen CERN yang disebut di atas dipanggil NA64, yang dijalankan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, juga gagal mengesan fenomena yang mengiringi foton gelap. Menurut artikel dalam "Surat Kajian Fizikal", selepas menganalisis data, ahli fizik dari Geneva tidak dapat mencari foton gelap dengan jisim antara 10 GeV dan 70 GeV.

Walau bagaimanapun, mengulas keputusan ini, James Beecham dari percubaan ATLAS menyatakan harapannya bahawa kegagalan pertama akan menggalakkan pasukan ATLAS dan CMS yang bersaing untuk terus mencari.

Beecham mengulas dalam Surat Kajian Fizikal. -

Eksperimen yang serupa dengan BaBar di Jepun dipanggil Loceng IIyang dijangka memberikan data seratus kali ganda daripada BaBar.

Menurut hipotesis saintis dari Institut Sains Asas di Korea Selatan, misteri menghantui hubungan antara jirim biasa dan kegelapan boleh dijelaskan menggunakan model portal yang dikenali sebagai "portal dark axion ». Ia berdasarkan dua zarah sektor gelap hipotesis, aksion dan foton gelap. Portal, seperti namanya, adalah peralihan antara jirim gelap dan fizik yang tidak diketahui dan apa yang kita tahu dan faham. Menghubungkan kedua-dua dunia ini ialah foton gelap yang berada di sisi lain, tetapi ahli fizik mengatakan ia boleh dikesan dengan instrumen kami.

Video tentang percubaan NA64:

Memburu foton gelap yang misteri: eksperimen NA64