Tmavý fotón. Hľadanie neviditeľného
Fotón je elementárna častica spojená so svetlom. Niektorí vedci však asi desať rokov verili, že existuje niečo, čo nazývajú tmavý alebo tmavý fotón. Bežnému človeku sa takáto formulácia zdá byť sama osebe protirečením. Pre fyzikov to dáva zmysel, pretože to podľa nich vedie k odhaleniu záhady temnej hmoty.
Nové analýzy údajov z experimentov s urýchľovačom, najmä výsledkov Detektor BaBarukáž mi kde tmavý fotón nie je skrytý, t. j. vylučuje zóny, kde sa nenašiel. Experiment BaBar, ktorý prebiehal v rokoch 1999 až 2008 v SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) v Menlo Park v Kalifornii, zozbieral údaje z zrážky elektrónov s pozitrónmi, kladne nabité elektrónové antičastice. Hlavná časť experimentu, tzv PKP-II, bola vykonaná v spolupráci s SLAC, Berkeley Lab a Lawrence Livermore National Laboratory. Na vrchole BaBaru spolupracovalo viac ako 630 fyzikov z trinástich krajín.
Najnovšia analýza použila približne 10 % údajov BaBar zaznamenaných za posledné dva roky prevádzky. Výskum sa zameral na nájdenie častíc, ktoré nie sú zahrnuté v štandardnom modeli fyziky. Výsledný graf ukazuje oblasť vyhľadávania (zelená) skúmanú v analýze údajov BaBar, kde sa nenašli žiadne tmavé fotóny. Graf tiež zobrazuje oblasti vyhľadávania pre ďalšie experimenty. Červený pruh zobrazuje oblasť na kontrolu, či tmavé fotóny nespôsobujú tzv anomália g-2a biele polia zostali nepreskúmané na prítomnosť tmavých fotónov. Tabuľka tiež zohľadňuje experiment NA64vyrobené v CERN-e.
Fotka. Maximilián Bris/CERN
Rovnako ako obyčajný fotón, aj tmavý fotón prenáša elektromagnetickú silu medzi časticami temnej hmoty. Mohlo by to tiež vykazovať potenciálne slabú väzbu s bežnou hmotou, čo znamená, že tmavé fotóny by mohli vznikať pri zrážkach s vysokou energiou. Predchádzajúce prieskumy nedokázali nájsť jeho stopy, ale všeobecne sa predpokladalo, že tmavé fotóny sa rozpadajú na elektróny alebo iné viditeľné častice.
Pre novú štúdiu na BaBar sa zvažoval scenár, v ktorom sa čierny fotón vytvorí ako obyčajný fotón pri zrážke elektrónu a pozitrónu a potom sa rozpadne na tmavé častice hmoty neviditeľné pre detektor. V tomto prípade by bolo možné detekovať iba jednu časticu – obyčajný fotón nesúci určité množstvo energie. Tím teda hľadal špecifické energetické udalosti, ktoré by zodpovedali hmotnosti tmavého fotónu. Na hmotnosti 8 GeV taký zásah nenašiel.
Jurij Kolomenskij, jadrový fyzik v laboratóriu v Berkeley a člen katedry fyziky na Kalifornskej univerzite v Berkeley, v tlačovej správe uviedol, že „podpis tmavého fotónu v detektore bude taký jednoduchý ako jeden vysoko- energetický fotón a žiadna iná aktivita." Jediný fotón vyžarovaný časticou lúča by signalizoval, že elektrón sa zrazil s pozitrónom a že neviditeľný tmavý fotón sa rozpadol na tmavé častice hmoty, pre detektor neviditeľné, prejavujúce sa v neprítomnosti akejkoľvek inej sprievodnej energie.
Tmavý fotón je tiež postulovaný na vysvetlenie nesúladu medzi pozorovanými vlastnosťami miónového spinu a hodnotou predpovedanou štandardným modelom. Cieľom je zmerať túto vlastnosť s čo najznámejšou presnosťou. miónový experiment g-2uskutočnené vo Fermiho národnom laboratóriu urýchľovačov. Ako povedal Kolomensky, nedávne analýzy výsledkov experimentu BaBar do značnej miery "vylučujú možnosť vysvetlenia anomálie g-2 v podmienkach tmavých fotónov, ale tiež to znamená, že anomáliu g-2 poháňa niečo iné."
Tmavý fotón prvýkrát navrhli v roku 2008 Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll a Mark Kamionkowski na vysvetlenie „anomálie g-2“ v experimente E821 v Národnom laboratóriu Brookhaven.
temný portál
Spomínaný CERN experiment s názvom NA64, uskutočnený v posledných rokoch, tiež nedokázal odhaliť javy sprevádzajúce tmavé fotóny. Ako sa uvádza v článku v „Physical Review Letters“, po analýze údajov fyzici zo Ženevy nemohli nájsť tmavé fotóny s hmotnosťou od 10 GeV do 70 GeV.
James Beecham z experimentu ATLAS však v komentári k týmto výsledkom vyjadril nádej, že prvé zlyhanie povzbudí konkurenčné tímy ATLAS a CMS, aby pokračovali v hľadaní.
Beecham komentoval vo Physical Review Letters. -
Podobný experiment ako BaBar v Japonsku sa nazýva Zvon IIod ktorej sa očakáva, že poskytne stokrát viac údajov ako BaBar.
Podľa hypotézy vedcov z Ústavu základných vied v Južnej Kórei možno strašidelnú záhadu vzťahu medzi obyčajnou hmotou a temnotou vysvetliť pomocou modelu portálu známeho ako „portál dark axion ». Je založený na dvoch hypotetických tmavých sektorových časticiach, axione a tmavom fotóne. Portál, ako už názov napovedá, je prechodom medzi temnou hmotou a neznámou fyzikou a tým, čo poznáme a čomu rozumieme. Tieto dva svety spája temný fotón, ktorý je na druhej strane, ale fyzici tvrdia, že ho možno detekovať našimi prístrojmi.
Video o experimente NA64:
Lov na tajomný temný fotón: experiment NA64
