Цёмны фатон. Пошук нябачнага

Фатон - гэта элементарная часціца, звязаная са святлом. Аднак каля дзесяці гадоў некаторыя навукоўцы лічылі, што існуе тое, што яны завуць цёмным ці цёмным фатонам. Звычайнаму чалавеку такая фармулёўка падаецца супярэчнасьцю сама па сабе. Для фізікаў гэта мае сэнс, паколькі, па іх меркаванні, вядзе да разгадкі таямніцы цёмнай матэрыі.

Новыя аналізы дадзеных эксперыментаў на паскаральніках, у асноўным вынікі Дэтэктар BaBarпакажы дзе цёмны фатон ён не хаваецца, т. е. выключае зоны, у якіх ён не быў выяўлены. Эксперымент BaBar, які праводзіўся з 1999 па 2008 год у SLAC (Стэнфардскі цэнтр лінейных паскаральнікаў) у Менла-Парку, Каліфорнія, збіраў дадзеныя з сутыкненні электронаў з пазітроннамі, станоўча зараджаныя электронныя антычасціцы. Асноўная частка эксперыменту, званая ПКП-II, быў праведзены ў супрацоўніцтве з SLAC, лабараторыяй Берклі і Ліверморскай нацыянальнай лабараторыяй Лоўрэнса. Больш за 630 фізікаў з трынаццаці краін бралі ўдзел у супрацоўніцтве на BaBar на яго піку.

У апошнім аналізе выкарыстоўвалася каля 10% дадзеных BaBar, запісаных за апошнія два гады яго працы. Даследаванні былі сканцэнтраваны на пошуку часціц, не ўключаных у Стандартную мадэль фізікі. На атрыманым графіцы паказана вобласць пошуку (зялёная), даследаваная пры аналізе дадзеных BaBar, дзе не было выяўлена цёмных фатонаў. На графіцы таксама паказаны вобласці пошуку для іншых эксперыментаў. Чырвоная паласа паказвае вобласць праверкі, ці выклікаюць цёмныя фатоны так званыя g-2 анамаліяа белыя палі засталіся недаследаванымі на наяўнасць цёмных фатонаў. У графіцы таксама ўлічваецца эксперымент NA64, выкананы ў ЦЕРН.

Фота. Максіміліян Брыс/CERN

Як і звычайны фатон, цёмны фатон будзе перадаваць электрамагнітную сілу паміж часціцамі цёмнай матэрыі. Ён таксама можа паказаць патэнцыйна слабую сувязь са звычайным рэчывам, а гэта азначае, што цёмныя фатоны могуць узнікаць пры сутыкненнях з высокай энергіяй. Папярэднія пошукі не змаглі знайсці яго слядоў, але звычайна меркавалася, што цёмныя фатоны распадаюцца на электроны ці іншыя бачныя часціцы.

Для новага даследавання ў BaBar разглядаўся сцэнар, у якім чорны фатон фармуецца падобна звычайнаму фатону ў электрон-пазітронным сутыкненні, а затым распадаецца на цёмныя часціцы матэрыі, нябачныя для дэтэктара. У такім выпадку можна было б выявіць толькі адну часціцу - звычайны фатон, які нясе пэўную колькасць энергіі. Таму каманда шукала канкрэтныя энергетычныя падзеі, якія адпавядалі масе цёмнага фатона. Ён не знайшоў такога траплення ў масы 8 ГэВ.

Юрый Каломенскі, фізік аддзела ядзерных навук Лабараторыі Берклі і супрацоўнік аддзела фізікі Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Берклі, заявіў у прэс-рэлізе, што «подпіс цёмнага фатона ў дэтэктары будзе вельмі просты - адзін высокаэнергетычны фатон і ніякай іншай актыўнасці». Адзіны фатон, які выпраменьваецца часціцай пучка, сігналізаваў бы аб тым, што адбылося сутыкненне электрона з пазітронам і што нябачны цёмны фатон распаўся на цёмныя часціцы матэрыі, нябачныя для дэтэктара, якія праяўляюць сябе ў адсутнасць якой-небудзь іншай спадарожнай энергіі.

Цёмны фатон таксама пастулюецца для тлумачэння неадпаведнасці паміж назіранымі ўласцівасцямі спіна мюона і значэннем, прадказаным Стандартнай мадэллю. Мэтай з'яўляецца вымярэнне гэтай уласцівасці з найвялікай вядомай дакладнасцю. мюённы эксперымент g-2, праведзены ў Нацыянальнай паскаральнай лабараторыі імя Фермі. Як сказаў Каломенскі, апошнія аналізы вынікаў эксперыменту BaBar у значнай ступені "выключаюць магчымасць тлумачэння анамаліі g-2 з дапамогай цёмных фатонаў, але гэта таксама азначае, што анамаліяй g-2 кіруе нешта іншае".

Цёмны фатон быў упершыню прапанаваны ў 2008 годзе Лоці Акерман, Мэцью Р. Баклі, Шонам М. Кэралам і Маркам Каміянкоўскі для тлумачэння «анамаліі g-2» у эксперыменце E821 у Брукхейвенскай нацыянальнай лабараторыі.

Цёмны партал

Вышэйзгаданы эксперымент CERN пад назвай NA64, праведзены ў апошнія гады, таксама не змог выявіць з'явы, якія суправаджаюць цёмныя фатоны. Як паведамляецца ў артыкуле ў "Physical Review Letters", пасля аналізу дадзеных фізікі з Жэневы не змаглі знайсці цёмныя фатоны з масай ад 10 ГэВ да 70 ГэВ.

Аднак, каментуючы гэтыя вынікі, Джэймс Бічэм з эксперыменту ATLAS выказаў надзею, што першая няўдача заахвоціць канкуруючыя каманды ATLAS і CMS працягнуць пошукі.

- Пракаментаваў Бичем ў Physical Review Letters. -

Эксперымент, аналагічны BaBar у Японіі, называецца Бель IIякі, як чакаецца, дасць у сто разоў больш дадзеных, чым BaBar.

Паводле гіпотэзы навукоўцаў з Інстытута фундаментальных навук у Паўднёвай Карэі, дакучлівую таямніцу ўзаемаадносін паміж звычайнай матэрыяй і цемрай можна растлумачыць з дапамогай партальнай мадэлі, вядомай якцёмны партал дзеянняў ». Ён заснаваны на двух гіпатэтычных часціцах цёмнага сектара - аксіёне і цёмным фатоне. Партал, як вынікае з назвы, уяўляе сабой пераход паміж цёмнай матэрыяй і невядомай фізікай і тым, што мы ведаем і разумеем. Гэтыя два светы злучае цёмны фатон, які знаходзіцца на другім баку, але, на думку фізікаў, яго можна выявіць з дапамогай нашых інструментаў.

Відэа аб эксперыменце NA64:

Паляванне на таямнічы цёмны фатон: эксперымент NA64