phôtôn tối. Tìm kiếm vô hình

Một photon là một hạt cơ bản liên kết với ánh sáng. Tuy nhiên, trong khoảng một thập kỷ, một số nhà khoa học tin rằng có cái mà họ gọi là photon tối hoặc tối. Đối với một người bình thường, một công thức như vậy dường như là một sự mâu thuẫn. Đối với các nhà vật lý, điều này có ý nghĩa, bởi vì, theo quan điểm của họ, nó dẫn đến việc làm sáng tỏ bí ẩn của vật chất tối.

Các phân tích mới về dữ liệu từ các thử nghiệm máy gia tốc, chủ yếu là kết quả Máy dò BaBarchỉ cho tôi nơi photon tối nó không bị ẩn, tức là nó loại trừ các khu vực mà nó không được tìm thấy. Thí nghiệm BaBar, thực hiện từ năm 1999 đến năm 2008 tại SLAC (Trung tâm Máy gia tốc tuyến tính Stanford) ở Menlo Park, California, đã thu thập dữ liệu từ va chạm của electron với positron, phản hạt electron mang điện tích dương. Phần chính của thử nghiệm, được gọi là PKP-II, được thực hiện với sự hợp tác của SLAC, Phòng thí nghiệm Berkeley và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore. Hơn 630 nhà vật lý từ mười ba quốc gia đã hợp tác với BaBar ở thời kỳ đỉnh cao.

Phân tích mới nhất đã sử dụng khoảng 10% dữ liệu của BaBar được ghi lại trong hai năm hoạt động gần đây nhất. Nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm các hạt không có trong Mô hình chuẩn của vật lý. Biểu đồ kết quả cho thấy khu vực tìm kiếm (màu xanh lục) được khám phá trong phân tích dữ liệu BaBar, nơi không tìm thấy photon tối. Biểu đồ cũng hiển thị các khu vực tìm kiếm cho các thử nghiệm khác. Thanh màu đỏ hiển thị khu vực để kiểm tra xem liệu các photon tối có gây ra cái gọi là g-2 dị thườngvà các trường màu trắng vẫn chưa được khai phá vì sự hiện diện của các photon tối. Biểu đồ cũng tính đến thí nghiệm NA64được thực hiện tại CERN.

Một bức ảnh. Maximilian Bris / CERN

Giống như một photon thông thường, một photon tối sẽ truyền lực điện từ giữa các hạt vật chất tối. Nó cũng có thể cho thấy một liên kết yếu tiềm tàng với vật chất thông thường, có nghĩa là các photon tối có thể được tạo ra trong các vụ va chạm năng lượng cao. Các cuộc tìm kiếm trước đây đã không tìm thấy dấu vết của nó, nhưng các photon tối thường được cho là phân rã thành các electron hoặc các hạt nhìn thấy khác.

Đối với một nghiên cứu mới tại BaBar, một kịch bản đã được xem xét trong đó một photon đen được hình thành giống như một photon thông thường trong một vụ va chạm electron-positron, và sau đó phân rã thành các hạt vật chất tối không nhìn thấy được đối với máy dò. Trong trường hợp này, chỉ một hạt có thể được phát hiện - một photon thông thường mang một lượng năng lượng nhất định. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các sự kiện năng lượng cụ thể phù hợp với khối lượng của photon tối. Ông đã không tìm thấy một hit như vậy trên khối lượng 8 GeV.

Yuri Kolomensky, một nhà vật lý hạt nhân tại Phòng thí nghiệm Berkeley và là thành viên của Khoa Vật lý tại Đại học California, Berkeley, cho biết trong một thông cáo báo chí rằng "dấu hiệu của một photon tối trong máy dò sẽ đơn giản như một ... photon năng lượng và không có hoạt động nào khác. " Một photon đơn lẻ được phát ra bởi một hạt chùm tia sẽ báo hiệu rằng một điện tử va chạm với một positron và rằng photon tối không nhìn thấy được đã phân rã thành các hạt vật chất tối, không nhìn thấy được đối với máy dò, tự biểu hiện khi không có bất kỳ năng lượng đi kèm nào khác.

Photon tối cũng được công nhận để giải thích sự khác biệt giữa các đặc tính quan sát được của spin muon và giá trị được Dự đoán bởi Mô hình Chuẩn. Mục đích là để đo đặc tính này với độ chính xác được biết đến nhiều nhất. thí nghiệm muon g-2được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi. Như Kolomensky đã nói, các phân tích gần đây về kết quả của thí nghiệm BaBar phần lớn “loại trừ khả năng giải thích sự bất thường của g-2 về mặt các photon tối, nhưng nó cũng có nghĩa là có thứ gì đó khác đang dẫn đến sự bất thường của g-2”.

Photon tối lần đầu tiên được đề xuất vào năm 2008 bởi Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll và Mark Kamionkowski để giải thích "dị thường g-2" trong thí nghiệm E821 tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven.

cổng tối

Thí nghiệm CERN nói trên có tên NA64, được thực hiện trong những năm gần đây, cũng không phát hiện ra hiện tượng đi kèm với các photon tối. Như đã báo cáo trong một bài báo trên tạp chí "Physical Review Letters", sau khi phân tích dữ liệu, các nhà vật lý từ Geneva không thể tìm thấy các photon tối có khối lượng từ 10 GeV đến 70 GeV.

Tuy nhiên, bình luận về những kết quả này, James Beecham của thử nghiệm ATLAS bày tỏ hy vọng rằng thất bại đầu tiên sẽ khuyến khích các đội ATLAS và CMS cạnh tranh tiếp tục tìm kiếm.

Beecham đã nhận xét trong Thư đánh giá vật lý. -

Một thử nghiệm tương tự như BaBar ở Nhật Bản được gọi là Chuông IIdự kiến cung cấp dữ liệu nhiều hơn gấp trăm lần so với BaBar.

Theo giả thuyết của các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Cơ bản ở Hàn Quốc, bí ẩn ám ảnh về mối quan hệ giữa vật chất thông thường và bóng tối có thể được giải thích bằng cách sử dụng một mô hình cổng được gọi là "cổng axion bóng tối ». Nó dựa trên hai hạt vùng tối giả thuyết, sợi trục và photon tối. Cổng thông tin, như tên cho thấy, là sự chuyển đổi giữa vật chất tối và vật lý chưa biết và những gì chúng ta biết và hiểu. Kết nối hai thế giới là một photon tối nằm ở phía bên kia, nhưng các nhà vật lý nói rằng nó có thể được phát hiện bằng các công cụ của chúng ta.

Video về thử nghiệm NA64:

Săn tìm photon bóng tối bí ẩn: thí nghiệm NA64