ЦЕРН ищет темные фотоны, который могут открыть темную материю

У ученых есть список частиц, возможных подозреваемых, с которыми взаимодействует темная материя, и теперь этот список немного короче. Эксперименты в ЦЕРНе исключили некоторые типы темных фотонов, приближая нас к поиску неуловимой темной материи.

Десятилетия астрономических наблюдений показали, что вокруг гораздо больше массы, чем мы можем видеть. Названная темной материей, эта дополнительная масса фактически невидима, она наблюдается только благодаря гравитационному взаимодействию с нормальной материей и светом. Для каждой предполагаемой частицы, которая может быть ответственной, существует множество экспериментов, посвященных их обнаружению, но до сих пор все они оказались напрасными.

Одной из главных частиц-кандидатов является темный фотон. Обычные фотоны - это элементарные частицы, которые действуют как носители электромагнитной силы, составляющей свет и радиоволны. Считается, что влияние темной материи может создать гипотетическую частицу - темный фотон.

Хотя такие эксперименты, как HADES в Германии, не привели к успеху в охоте на эту частицу в прошлом, это не помешало ученым ЦЕРН еще раз взглянуть на эксперимент под названием NA64. В этом эксперименте использовался протонный суперсинхротрон (SPS), который включал в себя взрыв электронного пучка с энергией 100 ГэВ на мишени и анализ того, что было произведено.

Конечно, если какие-то темные фотоны были созданы в результате взрывов, они были бы невидимы, но ученые могут обнаружить их другими способами. Произведенный темный фотон будет игнорировать стены эксперимента и уплывет в эфир, унося с собой немного энергии. Так как команда знает, сколько энергии должно присутствовать в последствии, если её станет меньше, значит были созданы темные фотоны.

Команда NA64 проанализировала данные, собранные между 2016 и 2018 годами, которые составили около ста миллиардов столкновений электронов. И среди всего этого не было никаких признаков темных фотонов.

Это не исключает существование темных фотонов в целом - просто означает, что они не существуют в пределах диапазона энергий, который проверял этот эксперимент. Исходя из этих результатов, исследователи пришли к выводу, что взаимодействие между фотонами и темными фотонами может быть намного слабее, чем считалось ранее.

Это означает, что темные фотоны с массой 1 МэВ взаимодействуют с электроном с силой, которая по меньшей мере в 100 000 раз слабее электромагнитной силы, которую несет фотон. Для темного фотона с массой 200 МэВ эта разница как минимум в 1000 раз слабее.