Тёмный фотон
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
| Тёмный фотон | |
|---|---|
| Состав | Элементарная частица |
| Семья | Бозон |
| Участвует во взаимодействиях | Гравитация |
| Статус | Гипотетическая |
| Масса | 0 |
| Теоретически обоснована | В 2008 году Лотти Акерман, Мэттью Бакли, Шоном Кэроллом и Марком Камионковским |
| В честь кого или чего названа | Тёмная материя и фотон |
| Квантовые числа | |
| Спин | 1 ħ |
Тёмный фотон — гипотетическая элементарная частица, предполагаемый переносчик нового фундаментального взаимодействия, аналог фотонов для тёмной материи[1][2]. Наряду с гравитацией, может оказаться «посредником» между обычной и тёмной материями, позволяя им взаимодействовать между собой[3]. Теоретически тёмные фотоны могут быть обнаружены благодаря их возможному смешиванию с обычными фотонами и, как следствие, влиянию на взаимодействие известных частиц[2].
Тёмные фотоны предложены в 2008 году Лотти Акерман, Мэттью Бакли, Шоном Кэроллом и Марком Камионковским как переносчики нового дальнодействующего U(1)-калибровочного поля, «тёмного электромагнетизма», воздействующего на тёмную материю. Так же как обычные фотоны, тёмные фотоны — безмассовые частицы[4].
Тёмные фотоны были названы возможной причиной так называемой «g−2»-аномалии, наблюдаемой в эксперименте E821 в Брукхейвенской национальной лаборатории[5]. Но несколько последующих экспериментов в значительной степени исключили тёмные фотоны из причин аномалии, в том числе эксперимент PHENIX detector[англ.] на релятивистском коллайдере RHIC в Брукхейвене[2]. В новом эксперименте Muon g-2 в Фермилабе ожидается получить в четыре раза лучшую точность измерений, чем в эксперименте в Брукхвейне[6].
В более общем смысле тёмный фотон — это любой бозон со спином 1, относящийся к новому U(1)-калибровочному полю. Иными словами, это любая новая сила природы, которая возникает в рамках теоретического расширения Стандартной модели и ведёт себя как электромагнитное взаимодействие. В этих моделях часто присутствует нестабильный или обладающий ненулевой массой тёмный фотон, который быстро распадается на другие частицы, например электрон-позитронные пары. Он также может напрямую взаимодействовать с известными частицами, в частности, электронами или мюонами, если только эти частицы несут заряд, связанный с вышеуказанным новым взаимодействием.
Эксперимент NA64[править | править код]
В марте 2016 года Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) одобрила проект эксперимента NA64 на ускорителе SPS[7][8], разработанный учёными из Института ядерных исследований РАН (Москва) и Института физики высоких энергий (Протвино)[9].
Сергей Гниненко, один из руководителей эксперимента по поиску тёмных фотонов в CERN, объясняет суть эксперимента следующим образом[9]:
Если скрытые фотоны существуют, они могли бы рождаться в реакции рассеяния электронов высокой энергии в активной мишени полного поглощения. А происходило бы это благодаря квантовому эффекту смешивания с обычным фотоном тормозного излучения, испускаемого электронами в поле ядра. Так как тёмные фотоны очень слабо взаимодействуют с обычным веществом, они проникали бы через мишень и уносили из детектора существенную часть энергии пучка. Указанием на существование тёмных фотонов стало бы обнаружение событий с большой, более 50 %, недостающей энергией. Такие события крайне редки. Их доля составляет меньше 1:100 000 000 000 на одно стандартное взаимодействие электрона в мишениСергей Гниненко
Первая часть эксперимента была проведена весной 2017 года, вторая и последующие прошли в сентябре-октябре 2017 и в 2018 годах[10]. Эксперимент NA64 в ЦЕРНе не увидел следов ещё не открытых лёгких бозонов в процессе рассеяния электрона высоких энергий на ядрах мишени, и, тем самым, ограничил возможный вклад таких частиц в аномальный магнитный момент электрона, были поставлены новые ограничения сверху на константу взаимодействия таких частиц с электроном[11][12].
См. также[править | править код]
Примечания[править | править код]
- ↑ Алексей Понятов. Открыта новая сила природы? Наука и жизнь (30 мая 2016). Дата обращения: 28 ноября 2016. Архивировано 29 ноября 2016 года.
- ↑ 1 2 3 "Data from RHIC, other experiments nearly rule out role of 'dark photons' as explanation for 'g-2' anomaly". PhysOrg. 2015-02-19. Архивировано 23 февраля 2015. Дата обращения: 23 февраля 2015.
- ↑ Stefania Pandolfi. NA64 hunts the mysterious dark photon (англ.). CERN (25 ноября 2016). Дата обращения: 28 ноября 2016. Архивировано 27 ноября 2016 года.
- ↑ Dark photons (29 октября 2008). Дата обращения: 23 февраля 2015. Архивировано 23 февраля 2015 года.
- ↑ Final report of the E821 muon anomalous magnetic moment measurement at BNL (англ.) // Physical Review D : journal. — 2006. — 7 April (vol. 73, no. 7). — P. 072003. — doi:10.1103/PhysRevD.73.072003. — . — arXiv:hep-ex/0602035.
- ↑ Muon g-2 Experiment. Fermilab. Дата обращения: 10 декабря 2015. Архивировано 9 декабря 2015 года.
- ↑ Experiment | Search for light dark matter and new penetrating particles. na64.web.cern.ch. Дата обращения: 8 апреля 2024.
- ↑ NA64 (англ.). CERN (3 апреля 2024). Дата обращения: 8 апреля 2024.
- ↑ 1 2 Григорий Тарасевич. Пролить свет на тёмные фотоны: наука ещё на шаг подошла к разгадке тайны тёмной материи. Кот Шрёдингера (август 2017). Дата обращения: 8 октября 2017. Архивировано 8 октября 2017 года.
- ↑ NA64 sets bounds on how much new X bosons could change the electron’s magnetism. www.linkedin.com. Дата обращения: 8 апреля 2024.
- ↑ Сергей Николаевич Гниненко, Николай Валерьевич Красников, Виктор Анатольевич Матвеев. Поиск лёгкой тёмной материи в эксперименте NA64 // Успехи физических наук. — 2021-12-01. — Т. 191, вып. 12. — С. 1361–1386. — ISSN 0042-1294.
- ↑ Козырев, Никита Физики ограничили вклад еще не открытых бозонов в аномальный магнитный момент электрона. N + 1 — главное издание о науке, технике и технологиях. Дата обращения: 8 апреля 2024.