Fotón escuro. Buscando o invisible

Un fotón é unha partícula elemental asociada á luz. Non obstante, durante aproximadamente unha década, algúns científicos creron que había o que eles chaman fotón escuro ou escuro. Para unha persoa común, tal formulación parece ser unha contradición en si mesma. Para os físicos, isto ten sentido, porque, na súa opinión, leva a desvelar o misterio da materia escura.

Novas análises de datos de experimentos con aceleradores, principalmente resultados Detector BaBarmóstrame onde fotón escuro non está oculto, é dicir, exclúe zonas onde non se atopou. O experimento BaBar, que se realizou de 1999 a 2008 no SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) en Menlo Park, California, recompilaba datos de colisións de electróns con positróns, antipartículas electrónicas cargadas positivamente. A parte principal do experimento, chamado PKP-II, realizouse en colaboración con SLAC, Berkeley Lab e Lawrence Livermore National Laboratory. Máis de 630 físicos de trece países colaboraron en BaBar no seu apoxeo.

A última análise utilizou preto do 10% dos datos de BaBar rexistrados nos seus dous últimos anos de funcionamento. A investigación centrouse en atopar partículas non incluídas no Modelo Estándar de Física. O gráfico resultante mostra a área de busca (verde) explorada na análise de datos de BaBar onde non se atoparon fotóns escuros. O gráfico tamén mostra áreas de busca doutros experimentos. A barra vermella mostra a zona para comprobar se os fotóns escuros provocan o chamado g-2 anomalíae os campos brancos permaneceron sen examinar pola presenza de fotóns escuros. O gráfico tamén ten en conta experimento NA64feita no CERN.

Unha foto. Maximilian Bris/CERN

Do mesmo xeito que un fotón común, un fotón escuro transferirá forza electromagnética entre as partículas de materia escura. Tamén podería mostrar un enlace potencialmente débil coa materia ordinaria, o que significa que se poderían producir fotóns escuros en colisións de alta enerxía. As procuras anteriores non conseguiron atopar rastros do mesmo, pero xeralmente asumiuse que os fotóns escuros decaen en electróns ou outras partículas visibles.

Para un novo estudo en BaBar, considerouse un escenario no que un fotón negro fórmase como un fotón ordinario nunha colisión electrón-positrón, e despois decae en partículas escuras de materia invisibles para o detector. Neste caso, sería posible detectar só unha partícula: un fotón común que transporta unha certa cantidade de enerxía. Entón, o equipo buscou eventos de enerxía específicos que coincidan coa masa do fotón escuro. Non atopou tal éxito nas masas de 8 GeV.

Yuri Kolomensky, físico nuclear do Laboratorio de Berkeley e membro do Departamento de Física da Universidade de California, Berkeley, dixo nun comunicado de prensa que "a firma dun fotón escuro no detector será tan simple como un fotón alto. fotón de enerxía e ningunha outra actividade". Un só fotón emitido por unha partícula do feixe indicaría que un electrón chocou cun positrón e que o fotón escuro invisible decaera en partículas escuras de materia, invisibles para o detector, manifestándose en ausencia de calquera outra enerxía acompañante.

O fotón escuro tamén se postula para explicar a discrepancia entre as propiedades observadas do espín do muón e o valor previsto polo Modelo Estándar. O obxectivo é medir esta propiedade coa precisión máis coñecida. experimento con muóns g-2realizado no Fermi National Accelerator Laboratory. Como dixo Kolomensky, as análises recentes dos resultados do experimento BaBar "descartan en gran medida a posibilidade de explicar a anomalía g-2 en termos de fotóns escuros, pero tamén significa que algo máis está a impulsar a anomalía g-2".

O fotón escuro foi proposto por primeira vez en 2008 por Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll e Mark Kamionkowski para explicar a "anomalía g-2" no experimento E821 no Brookhaven National Laboratory.

portal escuro

O mencionado experimento do CERN chamado NA64, realizado nos últimos anos, tampouco conseguiu detectar os fenómenos que acompañan aos fotóns escuros. Segundo se informa nun artigo en "Physical Review Letters", despois de analizar os datos, os físicos de Xenebra non puideron atopar fotóns escuros con masas de 10 GeV a 70 GeV.

Non obstante, ao comentar estes resultados, James Beecham do experimento ATLAS expresou a súa esperanza de que o primeiro fracaso animase aos equipos ATLAS e CMS competidores a seguir buscando.

Beecham comentou en Physical Review Letters. -

Chámase un experimento similar ao BaBar en Xapón Campana IIque se espera que dea cen veces máis datos que BaBar.

Segundo a hipótese de científicos do Instituto de Ciencias Básicas de Corea do Sur, o misterio inquietante da relación entre a materia ordinaria e a escuridade pódese explicar mediante un modelo de portal coñecido como "portal de axión escuro ». Baséase en dúas hipotéticas partículas do sector escuro, o axión e o fotón escuro. O portal, como o nome indica, é unha transición entre a materia escura e a física descoñecida e o que coñecemos e entendemos. Conectando estes dous mundos hai un fotón escuro que está ao outro lado, pero os físicos din que se pode detectar cos nosos instrumentos.

Vídeo sobre o experimento NA64:

A caza do misterioso fotón escuro: o experimento NA64