Тёмный фотон

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].

Тёмный фотон
Состав Элементарная частица
Семья Бозон
Участвует во взаимодействиях Гравитация
Статус Гипотетическая
Масса 0
В честь кого или чего названа Тёмная материя и фотон
Квантовые числа
Спин 1 ħ
Теоретически обоснована В 2008 году Лотти Акерман, Мэттью Бакли, Шоном Кэроллом и Марком Камионковским

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[en] 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

В марте 2016 года Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) одобрила проект эксперимента NA64 на ускорителе SPS, разработанный учёными из Института ядерных исследований РАН (Москва) и Института физики высоких энергий (Протвино).[7]

Сергей Гниненко, один из руководителей эксперимента по поиску тёмных фотонов в CERN, объясняет суть эксперимента следующим образом[7]:

 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 мишени
Сергей Гниненко
 

Первая часть эксперимента была проведена весной 2017 года, вторая запланирована на сентябрь-октябрь 2017 года.

См. также

  • Тёмное излучение
  • Пятая сила
  • Фотино

Примечания

  1. Алексей Понятов. Открыта новая сила природы?. Наука и жизнь (30 мая 2016). Дата обращения 28 ноября 2016. Архивировано 29 ноября 2016 года.
  2. 1 2 3 Data from RHIC, other experiments nearly rule out role of 'dark photons' as explanation for 'g-2' anomaly, PhysOrg (19 февраля 2015). Архивировано 23 февраля 2015 года. Дата обращения 23 февраля 2015.
  3. Stefania Pandolfi. NA64 hunts the mysterious dark photon (англ.). CERN (25 November 2016). Дата обращения 28 ноября 2016. Архивировано 27 ноября 2016 года.
  4. Dark photons (29 октября 2008). Дата обращения 23 февраля 2015. Архивировано 23 февраля 2015 года.
  5. 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. — Bibcode2006PhRvD..73g2003B. — arXiv:hep-ex/0602035.
  6. Muon g-2 Experiment. Fermilab. Дата обращения 10 декабря 2015. Архивировано 9 декабря 2015 года.
  7. 1 2 Григорий Тарасевич. Пролить свет на тёмные фотоны: наука ещё на шаг подошла к разгадке тайны тёмной материи. Кот Шрёдингера (№7-8 (33-34) за июль-август 2017 г.). Дата обращения 8 октября 2017. Архивировано 8 октября 2017 года.