Tume footon. Otsides nähtamatut
Footon on valgusega seotud elementaarosake. Kuid mõned teadlased uskusid umbes kümme aastat, et on olemas see, mida nad nimetavad tumedaks või tumedaks footoniks. Tavainimesele tundub selline sõnastus omaette vastuoluna. Füüsikute jaoks on see mõistlik, sest nende arvates viib see tumeaine mõistatuse lahtiharutamiseni.
Uued kiirendikatsete andmete analüüsid, peamiselt tulemused BaBar detektornäita mulle kus tume footon see ei ole peidetud, st välistab tsoonid, kus seda ei leitud. BaBari eksperiment, mis toimus aastatel 1999–2008 SLAC-is (Stanford Linear Accelerator Center) Menlo Parkis, Californias, kogus andmeid elektronide kokkupõrked positronitega, positiivselt laetud elektronide antiosakesed. Katse põhiosa, nn PKP-II, viidi läbi koostöös SLACi, Berkeley Labi ja Lawrence Livermore'i riikliku laboriga. Üle 630 füüsiku kolmeteistkümnest riigist tegi BaBari tippajal koostööd.
Viimases analüüsis kasutati umbes 10% BaBari viimase kahe tegevusaasta jooksul salvestatud andmetest. Teadusuuringud on keskendunud füüsika standardmudelisse mittekuuluvate osakeste leidmisele. Saadud graafik näitab BaBari andmeanalüüsis uuritud otsinguala (roheline), kus tumedaid footoneid ei leitud. Graafik näitab ka teiste katsete otsingualasid. Punane riba näitab ala, et kontrollida, kas tumedad footonid põhjustavad nn g-2 anomaaliaja valged väljad jäid tumedate footonite olemasolu suhtes uurimata. Ka diagramm võtab arvesse katse NA64valmistatud CERNis.
Foto. Maximilian Bris / CERN
Nagu tavaline footon, kannab tume footon elektromagnetilist jõudu tumeaine osakeste vahel. Samuti võib see näidata potentsiaalselt nõrka sidet tavalise ainega, mis tähendab, et suure energiaga kokkupõrgetes võivad tekkida tumedad footonid. Varasemad otsingud ei ole selle jälgi leidnud, kuid üldiselt on eeldatud, et tumedad footonid lagunevad elektronideks või muudeks nähtavateks osakesteks.
Uue BaBari uuringu jaoks kaaluti stsenaariumit, kus must footon moodustub nagu tavaline footon elektroni-positroni kokkupõrkel ja laguneb seejärel detektorile nähtamatuks tumedateks aineosakesteks. Sel juhul suudeti tuvastada ainult üks osake – tavaline footon, mis kannab teatud kogust energiat. Nii otsis meeskond konkreetseid energiasündmusi, mis sobisid tumeda footoni massiga. 8 GeV massidel ta sellist tabamust ei leidnud.
Berkeley labori tuumafüüsik ja Berkeley California ülikooli füüsikaosakonna liige Juri Kolomensky ütles pressiteates, et "tumeda footoni signatuur detektoris on sama lihtne kui üks kõrge energiafooton ja ei mingit muud tegevust." Üksik footon, mille kiirgab osake, annaks signaali, et elektron põrkas kokku positroniga ja nähtamatu tume footon on lagunenud tumedateks aineosakesteks, mis on detektorile nähtamatud, avaldudes muu kaasneva energia puudumisel.
Samuti eeldatakse, et tume footon selgitab lahknevust müüoni spini täheldatud omaduste ja standardmudeli ennustatud väärtuse vahel. Eesmärk on mõõta seda omadust teadaolevaima täpsusega. müüonkatse g-2viidi läbi Fermi riiklikus kiirendilaboris. Nagu Kolomensky ütles, välistavad BaBari eksperimendi tulemuste hiljutised analüüsid suures osas "võimaluse seletada g-2 anomaaliat tumedate footonite kaudu, kuid see tähendab ka seda, et g-2 anomaaliat juhib midagi muud."
Tumeda footoni pakkusid esmakordselt välja 2008. aastal Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll ja Mark Kamionkowski, et selgitada "g-2 anomaaliat" E821 katses Brookhaveni riiklikus laboris.
tume portaal
Eelnimetatud viimastel aastatel läbi viidud CERN-i eksperiment nimega NA64 ei suutnud samuti tuvastada tumedate footonitega kaasnevaid nähtusi. Nagu ajakirjas "Physical Review Letters" avaldatud artiklis teatati, ei suutnud Genfi füüsikud pärast andmete analüüsimist leida tumedaid footoneid massiga 10 GeV kuni 70 GeV.
Neid tulemusi kommenteerides avaldas ATLASe eksperimendi esindaja James Beecham aga lootust, et esimene ebaõnnestumine julgustab konkureerivaid ATLASe ja CMS-i meeskondi otsima.
Beecham kommenteeris ajakirjas Physical Review Letters. -
Jaapanis BaBari sarnast katset nimetatakse Kell IImis peaks andma sada korda rohkem andmeid kui BaBar.
Lõuna-Korea põhiteaduste instituudi teadlaste hüpoteesi kohaselt saab tavalise mateeria ja pimeduse vahelise seose kummitavat mõistatust seletada portaalimudeli abil, mida nimetatakse "dark axion portaal ». See põhineb kahel hüpoteetilisel tumeda sektori osakesel, aksioonil ja tumedal footonil. Portaal, nagu nimigi ütleb, on üleminek tumeaine ja tundmatu füüsika ning selle vahel, mida me teame ja mõistame. Kaht maailma ühendab tume footon, mis asub teisel pool, kuid füüsikud ütlevad, et seda saab meie instrumentidega tuvastada.
Video NA64 katse kohta:
Salapärase tumeda footoni jahtimine: NA64 eksperiment
