Tmavý foton. Hledání neviditelného
Foton je elementární částice spojená se světlem. Někteří vědci však asi deset let věřili, že existuje to, čemu říkají temný nebo temný foton. Běžnému člověku se taková formulace zdá být sama o sobě protimluvem. Pro fyziky to dává smysl, protože to podle jejich názoru vede k odhalení záhady temné hmoty.
Nové analýzy dat z experimentů s urychlovačem, především výsledky Detektor BaBarukaž mi kde temný foton není skrytý, tj. vylučuje zóny, kde nebyl nalezen. Experiment BaBar, který probíhal v letech 1999 až 2008 v SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) v Menlo Park v Kalifornii, shromáždil data z srážky elektronů s pozitrony, kladně nabité elektronové antičástice. Hlavní část experimentu, tzv PKP-II, byla provedena ve spolupráci s SLAC, Berkeley Lab a Lawrence Livermore National Laboratory. Na BaBaru na jeho vrcholu spolupracovalo přes 630 fyziků ze třinácti zemí.
Nejnovější analýza použila asi 10 % dat BaBar zaznamenaných v posledních dvou letech provozu. Výzkum se zaměřil na nalezení částic, které nejsou zahrnuty ve standardním modelu fyziky. Výsledný graf ukazuje oblast hledání (zelená) prozkoumanou v analýze dat BaBar, kde nebyly nalezeny žádné tmavé fotony. Graf také ukazuje oblasti vyhledávání pro další experimenty. Červený pruh ukazuje oblast pro kontrolu, zda tmavé fotony nezpůsobují tzv anomálie g-2a bílá pole zůstala nezkoumaná na přítomnost tmavých fotonů. Graf také bere v úvahu experiment NA64vyrobeno v CERNu.
Fotka. Maximilian Bris/CERN
Stejně jako běžný foton bude tmavý foton přenášet elektromagnetickou sílu mezi částicemi temné hmoty. Mohlo by to také vykazovat potenciálně slabou vazbu s běžnou hmotou, což znamená, že temné fotony by mohly vznikat při vysokoenergetických srážkách. Předchozí pátrání nedokázalo najít jeho stopy, ale obecně se předpokládalo, že se tmavé fotony rozpadají na elektrony nebo jiné viditelné částice.
Pro novou studii na BaBar byl zvažován scénář, ve kterém se černý foton vytvoří jako běžný foton při srážce elektron-pozitron a poté se rozpadne na tmavé částice hmoty neviditelné pro detektor. V tomto případě bylo možné detekovat pouze jednu částici - obyčejný foton nesoucí určité množství energie. Tým tedy hledal specifické energetické události, které by odpovídaly hmotnosti temného fotonu. Na hmotnostech 8 GeV takový zásah nenašel.
Jurij Kolomenskij, jaderný fyzik v Berkeley Lab a člen katedry fyziky na Kalifornské univerzitě v Berkeley, v tiskové zprávě uvedl, že „podpis temného fotonu v detektoru bude tak jednoduchý jako jeden vysoko- energetický foton a žádná jiná aktivita." Jediný foton emitovaný částicí paprsku by signalizoval, že se elektron srazil s pozitronem a že neviditelný tmavý foton se rozpadl na tmavé částice hmoty, pro detektor neviditelné, projevující se v nepřítomnosti jakékoli další doprovodné energie.
Temný foton je také postulován k vysvětlení rozporu mezi pozorovanými vlastnostmi mionového spinu a hodnotou předpovězenou standardním modelem. Cílem je měřit tuto vlastnost s nejlepší známou přesností. mionový experiment g-2provedené ve Fermi National Accelerator Laboratory. Jak řekl Kolomensky, nedávné analýzy výsledků experimentu BaBar do značné míry „vylučují možnost vysvětlení anomálie g-2 pomocí tmavých fotonů, ale také to znamená, že anomálii g-2 řídí něco jiného.
Tmavý foton byl poprvé navržen v roce 2008 Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll a Mark Kamionkowski k vysvětlení „anomálie g-2“ v experimentu E821 v Brookhaven National Laboratory.
temný portál
Zmíněný experiment CERN nazvaný NA64, provedený v posledních letech, také nedokázal jevy doprovázející temné fotony detekovat. Jak bylo uvedeno v článku v „Physical Review Letters“, po analýze dat nemohli fyzici ze Ženevy najít tmavé fotony s hmotností od 10 GeV do 70 GeV.
James Beecham z experimentu ATLAS však v komentáři k těmto výsledkům vyjádřil naději, že první neúspěch povzbudí konkurenční týmy ATLAS a CMS, aby pokračovaly v hledání.
Beecham komentoval ve Physical Review Letters. -
Nazývá se experiment podobný BaBaru v Japonsku Zvonek IIod kterého se očekává, že poskytne stokrát více dat než BaBar.
Podle hypotézy vědců z Ústavu základních věd v Jižní Koreji lze strašidelnou záhadu vztahu mezi obyčejnou hmotou a temnotou vysvětlit pomocí portálového modelu známého jako „portál temný axion ». Je založen na dvou hypotetických tmavých sektorových částicích, axionu a temném fotonu. Portál, jak název napovídá, je přechodem mezi temnou hmotou a neznámou fyzikou a tím, co známe a čemu rozumíme. Spojující dva světy je temný foton, který je na druhé straně, ale podle fyziků jej lze detekovat našimi přístroji.
Video o experimentu NA64:
Lov na tajemný temný foton: experiment NA64
