Mørk foton. Søger efter det usynlige
En foton er en elementær partikel forbundet med lys. Men i omkring et årti troede nogle videnskabsmænd, at der var, hvad de kalder en mørk eller mørk foton. For et almindeligt menneske synes en sådan formulering at være en selvmodsigelse. For fysikere giver dette mening, fordi det efter deres mening fører til at optrevle mysteriet med mørkt stof.
Nye analyser af data fra acceleratoreksperimenter, primært resultater BaBar detektorvis mig hvor mørk foton den er ikke skjult, dvs. den udelukker zoner, hvor den ikke blev fundet. BaBar-eksperimentet, som kørte fra 1999 til 2008 på SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) i Menlo Park, Californien, indsamlede data fra kollisioner af elektroner med positroner, positivt ladede elektron antipartikler. Hoveddelen af eksperimentet, kaldet PKP-II, blev udført i samarbejde med SLAC, Berkeley Lab og Lawrence Livermore National Laboratory. Over 630 fysikere fra tretten lande samarbejdede om BaBar på sit højeste.
Den seneste analyse brugte omkring 10 % af BaBars data registreret i de sidste to års drift. Forskning har fokuseret på at finde partikler, der ikke er inkluderet i fysikkens standardmodel. Den resulterende graf viser søgeområdet (grønt) udforsket i BaBar-dataanalyse, hvor der ikke blev fundet mørke fotoner. Grafen viser også søgeområder for andre eksperimenter. Den røde bjælke viser området for at kontrollere, om mørke fotoner forårsager såkaldte g-2 anomaliog de hvide felter forblev uundersøgte for tilstedeværelsen af mørke fotoner. Diagrammet tager også højde for eksperiment NA64lavet på CERN.
Et billede. Maximilian Bris/CERN
Som en almindelig foton vil en mørk foton overføre elektromagnetisk kraft mellem mørkt stof partikler. Det kunne også vise en potentielt svag binding til almindeligt stof, hvilket betyder, at mørke fotoner kunne produceres i højenergikollisioner. Tidligere søgninger har ikke fundet spor af det, men mørke fotoner er generelt blevet antaget at henfalde til elektroner eller andre synlige partikler.
Til en ny undersøgelse på BaBar blev der overvejet et scenarie, hvor en sort foton dannes som en almindelig foton i en elektron-positron-kollision og derefter henfalder til mørke partikler af stof, der er usynlige for detektoren. I dette tilfælde ville det være muligt kun at detektere én partikel - en almindelig foton, der bærer en vis mængde energi. Så holdet ledte efter specifikke energibegivenheder, der matchede massen af den mørke foton. Han fandt ikke et sådant hit på de 8 GeV-masser.
Yuri Kolomensky, en kernefysiker ved Berkeley Lab og medlem af Institut for Fysik ved University of California, Berkeley, sagde i en pressemeddelelse, at "signaturen af en mørk foton i detektoren vil være så simpel som en høj- energifoton og ingen anden aktivitet." En enkelt foton udsendt af en strålepartikel ville signalere, at en elektron kolliderede med en positron, og at den usynlige mørke foton var henfaldet til mørke partikler af stof, usynlige for detektoren, og manifesterede sig i fravær af anden medfølgende energi.
Den mørke foton postuleres også for at forklare uoverensstemmelsen mellem de observerede egenskaber af muonspindet og værdien forudsagt af standardmodellen. Målet er at måle denne egenskab med den bedst kendte nøjagtighed. myon eksperiment g-2udført på Fermi National Accelerator Laboratory. Som Kolomensky sagde, udelukker nylige analyser af resultaterne af BaBar-eksperimentet stort set muligheden for at forklare g-2-anomalien i form af mørke fotoner, men det betyder også, at noget andet driver g-2-anomalien.
Den mørke foton blev først foreslået i 2008 af Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll og Mark Kamionkowski for at forklare "g-2-anomalien" i E821-eksperimentet ved Brookhaven National Laboratory.
mørk portal
Det førnævnte CERN-eksperiment kaldet NA64, udført i de senere år, formåede heller ikke at opdage de fænomener, der ledsager mørke fotoner. Som rapporteret i en artikel i "Physical Review Letters", efter at have analyseret dataene, kunne fysikere fra Genève ikke finde mørke fotoner med masser fra 10 GeV til 70 GeV.
Men i en kommentar til disse resultater udtrykte James Beecham fra ATLAS-eksperimentet sit håb om, at den første fiasko ville tilskynde de konkurrerende ATLAS- og CMS-hold til at blive ved med at lede.
Beecham kommenterede i Physical Review Letters. -
Et eksperiment, der ligner BaBar i Japan, kaldes Klokke IIhvilket forventes at give hundrede gange mere data end BaBar.
Ifølge hypotesen fra videnskabsmænd fra Institute of Basic Sciences i Sydkorea kan det spøgende mysterium om forholdet mellem almindeligt stof og mørke forklares ved hjælp af en portalmodel kendt som "mørk axion portal ». Den er baseret på to hypotetiske mørke sektorpartikler, axion og den mørke foton. Portalen er, som navnet antyder, en overgang mellem mørkt stof og ukendt fysik og det, vi kender og forstår. Forbinder de to verdener er en mørk foton, der er på den anden side, men fysikere siger, at den kan detekteres med vores instrumenter.
Video om NA64-eksperimentet:
På jagt efter den mystiske mørke foton: NA64-eksperimentet
