فوتون تاریک جستجوی نامرئی

فوتون یک ذره بنیادی مرتبط با نور است. با این حال، برای حدود یک دهه، برخی از دانشمندان بر این باور بودند که فوتون تاریک یا تاریکی وجود دارد. برای یک فرد عادی، چنین فرمولی به خودی خود یک تناقض به نظر می رسد. برای فیزیکدانان، این منطقی است، زیرا، به نظر آنها، منجر به کشف راز ماده تاریک می شود.

تجزیه و تحلیل جدید داده های آزمایشات شتاب دهنده، عمدتاً نتایج آشکارساز BaBarبه من نشان بده کجا فوتون تاریک پنهان نیست، یعنی مناطقی را که در آن یافت نشد را حذف می کند. آزمایش BaBar که از سال 1999 تا 2008 در SLAC (مرکز شتاب دهنده خطی استنفورد) در منلو پارک، کالیفرنیا انجام شد، داده ها را از برخورد الکترون ها با پوزیترون ها، پادذرات الکترونی با بار مثبت. قسمت اصلی آزمایش به نام PKP-II، با همکاری SLAC، آزمایشگاه برکلی و آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور انجام شد. بیش از 630 فیزیکدان از سیزده کشور در اوج BaBar همکاری کردند.

آخرین تجزیه و تحلیل از حدود 10 درصد از داده های BaBar استفاده می کند که در دو سال آخر فعالیت آن ثبت شده است. تحقیقات بر روی یافتن ذراتی متمرکز شده است که در مدل استاندارد فیزیک گنجانده نشده اند. نمودار به دست آمده، ناحیه جستجو (سبز) بررسی شده در تجزیه و تحلیل داده های BaBar را نشان می دهد که در آن هیچ فوتون تاریکی یافت نشد. نمودار همچنین مناطق جستجو برای آزمایش های دیگر را نشان می دهد. نوار قرمز منطقه را نشان می دهد تا بررسی کند که آیا فوتون های تیره باعث به اصطلاح می شوند یا خیر ناهنجاری g-2و میدان های سفید برای حضور فوتون های تاریک بررسی نشده باقی ماندند. نمودار را نیز در نظر می گیرد آزمایش NA64ساخته شده در سرن

یک عکس. ماکسیمیلیان بریس/سرن

مانند یک فوتون معمولی، یک فوتون تاریک نیروی الکترومغناطیسی را بین ذرات ماده تاریک منتقل می کند. همچنین می تواند پیوند ضعیف بالقوه ای را با ماده معمولی نشان دهد، به این معنی که فوتون های تاریک می توانند در برخوردهای پر انرژی تولید شوند. جستجوهای قبلی نتوانستند ردپایی از آن را بیابند، اما عموماً فرض می‌شود که فوتون‌های تاریک به الکترون‌ها یا دیگر ذرات مرئی تجزیه می‌شوند.

برای یک مطالعه جدید در BaBar، سناریویی در نظر گرفته شد که در آن یک فوتون سیاه مانند یک فوتون معمولی در برخورد الکترون-پوزیترون تشکیل می‌شود و سپس به ذرات تاریک ماده که برای آشکارساز قابل مشاهده نیستند، تجزیه می‌شود. در این مورد، تنها یک ذره قابل تشخیص است - یک فوتون معمولی که مقدار مشخصی انرژی را حمل می کند. بنابراین تیم به دنبال رویدادهای انرژی خاص که با جرم فوتون تاریک مطابقت داشته باشد، گشتند. او چنین ضربه ای را روی توده های 8 GeV پیدا نکرد.

یوری کولومنسکی، فیزیکدان هسته‌ای در آزمایشگاه برکلی و عضو گروه فیزیک دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: «امضای یک فوتون تاریک در آشکارساز به سادگی یک فوتون بالا خواهد بود. فوتون انرژی و هیچ فعالیت دیگری." یک فوتون منفرد ساطع شده توسط یک ذره پرتو نشان می دهد که یک الکترون با یک پوزیترون برخورد کرده و فوتون تاریک نامرئی به ذرات تاریک ماده تجزیه شده است که برای آشکارساز نامرئی است و در غیاب هر گونه انرژی همراه دیگر خود را نشان می دهد.

فوتون تاریک همچنین برای توضیح اختلاف بین خواص مشاهده شده اسپین میون و مقدار پیش‌بینی‌شده توسط مدل استاندارد فرض شده است. هدف اندازه گیری این ویژگی با بهترین دقت شناخته شده است. آزمایش میون g-2در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده فرمی انجام شد. همانطور که کولومنسکی گفت، تحلیل‌های اخیر نتایج آزمایش BaBar تا حد زیادی «امکان توضیح ناهنجاری g-2 را بر حسب فوتون‌های تاریک رد می‌کند، اما همچنین به این معنی است که چیز دیگری باعث ناهنجاری g-2 می‌شود».

فوتون تاریک اولین بار در سال 2008 توسط Lottie Ackerman، Matthew R. Buckley، Sean M. Carroll و Mark Kamionkowski برای توضیح "ناهنجاری g-2" در آزمایش E821 در آزمایشگاه ملی بروکهاون پیشنهاد شد.

پورتال تاریک

آزمایش فوق الذکر CERN به نام NA64، که در سال های اخیر انجام شد، همچنین نتوانست پدیده های همراه فوتون های تاریک را شناسایی کند. طبق مقاله ای در "Physical Review Letters"، پس از تجزیه و تحلیل داده ها، فیزیکدانان ژنو نتوانستند فوتون های تاریک با جرم بین 10 تا 70 گیگا ولت را پیدا کنند.

با این حال، جیمز بیچم از آزمایش ATLAS اظهار امیدواری کرد که اولین شکست تیم های رقیب ATLAS و CMS را تشویق کند که به جستجو ادامه دهند.

بیچم در Physical Review Letters نظر داد. -

آزمایشی شبیه به BaBar در ژاپن نامیده می شود بل دومکه انتظار می رود صد برابر بیشتر از BaBar داده بدهد.

طبق فرضیه دانشمندان مؤسسه علوم پایه در کره جنوبی، راز غم انگیز رابطه بین ماده معمولی و تاریکی را می توان با استفاده از یک مدل پورتال که به عنوان "مدل پورتال" شناخته می شود توضیح داد.پورتال تاریک اکسیون ». این بر اساس دو ذره فرضی بخش تاریک، اکسیون و فوتون تاریک است. پورتال، همانطور که از نامش پیداست، انتقالی بین ماده تاریک و فیزیک ناشناخته و آنچه می‌دانیم و درک می‌کنیم است. اتصال این دو جهان یک فوتون تاریک است که در طرف دیگر قرار دارد، اما فیزیکدانان می گویند که می توان آن را با ابزار ما تشخیص داد.

ویدئویی در مورد آزمایش NA64:

شکار فوتون تاریک مرموز: آزمایش NA64