Temni foton. Iskanje nevidnega
Foton je elementarni delec, povezan s svetlobo. Vendar pa so nekateri znanstveniki približno desetletje verjeli, da obstaja temen ali temen foton. Navadnemu človeku se zdi, da je takšna formulacija protislovje sama po sebi. Za fizike je to smiselno, saj po njihovem mnenju vodi do razkritja skrivnosti temne snovi.
Nove analize podatkov iz eksperimentov s pospeševalnikom, predvsem rezultatov BaBar detektorpokaži mi kje temni foton ni skrit, torej izključuje cone, kjer je ni bilo mogoče najti. Eksperiment BaBar, ki je potekal od leta 1999 do 2008 v SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) v Menlo Parku v Kaliforniji, je zbral podatke iz trki elektronov s pozitroni, pozitivno nabiti antidelci elektronov. Glavni del poskusa, imenovan PKP-II, je bila izvedena v sodelovanju s SLAC, Berkeley Lab in Lawrence Livermore National Laboratory. Več kot 630 fizikov iz trinajstih držav je sodelovalo pri BaBarju na vrhuncu.
Najnovejša analiza je uporabila približno 10 % podatkov BaBar, zabeleženih v zadnjih dveh letih delovanja. Raziskave so se osredotočile na iskanje delcev, ki niso vključeni v standardni model fizike. Nastali graf prikazuje območje iskanja (zeleno), raziskano v analizi podatkov BaBar, kjer niso našli temnih fotonov. Graf prikazuje tudi področja iskanja za druge poskuse. Rdeča vrstica prikazuje območje za preverjanje, ali temni fotoni povzročajo t.i g-2 anomalijain bela polja so ostala nepregledana glede prisotnosti temnih fotonov. Upošteva tudi tabela poskus NA64izdelano v CERN-u.
Fotografija. Maximilian Bris/CERN
Tako kot navaden foton bo temni foton prenašal elektromagnetno silo med delci temne snovi. Lahko bi pokazal tudi potencialno šibko vez z običajno snovjo, kar pomeni, da bi lahko pri trkih z visoko energijo nastali temni fotoni. Prejšnja iskanja niso uspela najti sledi, vendar se je na splošno domnevalo, da temni fotoni razpadejo na elektrone ali druge vidne delce.
Za novo študijo na BaBar-u je bil obravnavan scenarij, v katerem se črni foton oblikuje kot navaden foton pri trku elektron-pozitron, nato pa razpade v temne delce snovi, nevidne detektorju. V tem primeru bi bilo mogoče zaznati le en delec – navaden foton, ki nosi določeno količino energije. Tako je ekipa iskala specifične energetske dogodke, ki so ustrezali masi temnega fotona. Ni našel takega zadetka na masah 8 GeV.
Yuri Kolomensky, jedrski fizik v laboratoriju Berkeley in član oddelka za fiziko na kalifornijski univerzi Berkeley, je v sporočilu za javnost dejal, da bo "podpis temnega fotona v detektorju tako preprost kot en visoko- energijski foton in nobena druga aktivnost." En sam foton, ki ga oddaja delec žarka, bi signaliziral, da je elektron trčil v pozitron in da je nevidni temni foton razpadel na temne delce snovi, nevidne detektorju, in se kaže v odsotnosti kakršne koli druge spremljajoče energije.
Predpostavlja se tudi, da temni foton pojasni neskladje med opazovanimi lastnostmi mionskega spina in vrednostjo, ki jo predvideva standardni model. Cilj je izmeriti to lastnost z najbolj znano natančnostjo. mionski poskus g-2potekala v Fermi National Accelerator Laboratory. Kot je dejal Kolomensky, nedavne analize rezultatov eksperimenta BaBar v veliki meri "izključujejo možnost razlage anomalije g-2 v smislu temnih fotonov, pomeni pa tudi, da nekaj drugega poganja anomalijo g-2."
Temni foton so leta 2008 prvič predlagali Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll in Mark Kamionkowski, da bi pojasnili "anomalijo g-2" v poskusu E821 v Brookhavenskem nacionalnem laboratoriju.
temen portal
Tudi omenjeni CERN-ov poskus NA64, izveden v zadnjih letih, ni uspel zaznati pojavov, ki spremljajo temne fotone. Glede na članek v "Physical Review Letters", po analizi podatkov, fiziki iz Ženeve niso mogli najti temnih fotonov z maso med 10 GeV in 70 GeV.
Vendar pa je James Beecham iz eksperimenta ATLAS, ko je komentiral te rezultate, izrazil upanje, da bo prvi neuspeh spodbudil konkurenčne ekipe ATLAS in CMS, da nadaljujejo z iskanjem.
Beecham komentiral v Physical Review Letters. -
Imenuje se eksperiment, podoben BaBar na Japonskem Zvon IIki naj bi dal stokrat več podatkov kot BaBar.
Po hipotezi znanstvenikov z Inštituta za temeljne znanosti v Južni Koreji je mogoče preganjajočo skrivnost razmerja med običajno snovjo in temo razložiti z uporabo portalskega modela, znanega kot "temni axion portal ». Temelji na dveh hipotetičnih delcih temnega sektorja, aksionu in temnem fotonu. Portal, kot že ime pove, je prehod med temno snovjo in neznano fiziko ter tem, kar vemo in razumemo. Ta dva svetova povezuje temen foton, ki je na drugi strani, a fiziki pravijo, da ga je mogoče zaznati z našimi instrumenti.
Videoposnetek o poskusu NA64:
Lov na skrivnostni temni foton: poskus NA64
