Загадочная темная материя. Начался поиск темных фотонов на Большом адронном коллайдере

Фото: CERN

В поисках частиц неуловимой темной материи существует два основных метода. Первый состоит в том, чтобы искать частицы, которые распадаются при прохождении через детектор. Такой метод актуален для нейтринных обсерваторий, когда частицы темной материи сталкиваются с ядрами атомов и может вызвать появление слабой вспышки света. Пока что этот метод поиска частиц темной материи ничего не дал. Второй метод состоит в столкновении частицы в ускорителе частиц, например, на Большом адронном коллайдере. Но и с помощью этого метода ученые не нашли частиц темной материи. Новая попытка физиков из ЦЕРН направлена на поиск так называемых темных фотонов, пишет Universe Today.

Темные фотоны

Темные фотоны являются частью некоторых обобщений Стандартной модели физики элементарных частиц. Если темная материя существует, а ученые считают, что так и есть, то это совершенно иная форма материи из кварков и лептонов, которые входят в состав протонов, нейтронов и электронов обычной материи. Если темная материя может взаимодействовать сама с собой, то у нее должен быть бозон-носитель силы, точно так же, как фотоны позволяют зарядам взаимодействовать, а сильное взаимодействие имеет глюоны, которые удерживают ядра атомов вместе. Эти гипотетические носители силы темной материи называются темными фотонами.

В стандартной модели электромагнитное и слабое взаимодействия связаны между собой, поэтому фотоны связаны с радиоактивным распадом. В обобщенной модели темные фотоны имеют аналогичную связь, поэтому они должны влиять на распад некоторых частиц, например мюонов. Темные фотоны также должны влиять на магнитный момент мюона, и ранее в этом году исследование предположило именно такой эффект.

В Стандартной модели физики элементарных частиц электромагнитное и слабое взаимодействия связаны между собой, поэтому фотоны связаны с радиоактивным распадом. В обобщенной Стандартной модели темные фотоны имеют такую же связь, поэтому они должны влиять на распад некоторых частиц, например, мюонов. Также темные фотоны должны влиять на магнитный момент мюона, и исследования, проведенные ранее в этом году, показали, что такой эффект существует.

Поиск темных фотонов

Последний на сегодня запуск Большого адронного коллайдера является третьим запуском эксперимента с детектором под названием компактный мюонный соленоид (CMS). Этот эксперимент начался в июле прошлого года и ученые ищут эффект, известный как смещенные мюоны. То есть в этом случае мюоны приходят из общей области столкновения частиц, а не из самой точки столкновения. Это будет связано с тем, что первоначальное столкновение создает темные фотоны, которые не увидел детектор, но они распадаются на видимые мюоны.

Первоначальные результаты этого эксперимента не обнаружили подобных событий, а это значит, что до сих пор нет никаких доказательств существования темных фотонов. Ученые считают, что дальнейшие наблюдения могут обнаружить присутствие темных фотонов. Если же этого не произойдет, то результаты наложат дополнительные ограничения на существование темных фотонов.

Подобное развитие событий сейчас характерно для исследований темной материи. Ведь есть много косвенных доказательств ее существования, но прямых доказательств по-прежнему нет. Поэтому ученые будут продолжать искать темные фотоны в надежде на то, что они будут ключом к разгадке тайны темной материи.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform