어두운 광자. 보이지 않는 것 찾기

광자는 빛과 관련된 소립자입니다. 그러나 약 XNUMX년 동안 일부 과학자들은 어둡거나 어두운 광자가 있다고 믿었습니다. 평범한 사람에게는 그러한 공식 자체가 모순처럼 보입니다. 물리학자들에게 이것은 의미가 있습니다. 그들의 의견으로는 이것이 암흑 물질의 신비를 풀게 해주기 때문입니다.

가속기 실험 데이터의 새로운 분석, 주로 결과 바바 감지기어디를 보여줘 어두운 광자 숨겨진 것이 아닙니다. 즉, 발견되지 않은 영역은 제외됩니다. 1999년부터 2008년까지 캘리포니아주 멘로파크에 있는 SLAC(Stanford Linear Accelerator Center)에서 진행된 BaBar 실험은 다음에서 데이터를 수집했습니다. 전자와 양전자의 충돌, 양전하를 띤 전자 반입자. 라고 불리는 실험의 주요 부분 PKP-II, SLAC, 버클리 연구소 및 로렌스 리버모어 국립 연구소와 공동으로 수행되었습니다. 630개국에서 온 XNUMX명 이상의 물리학자들이 BaBar에서 최고조에 이르렀을 때 협력했습니다.

최근 분석에서는 지난 10년간 운영된 BaBar 데이터의 약 XNUMX%를 사용했습니다. 연구는 물리학의 표준 모델에 포함되지 않은 입자를 찾는 데 중점을 두었습니다. 결과 플롯은 어두운 광자가 발견되지 않은 BaBar 데이터 분석에서 탐색된 검색 영역(녹색)을 보여줍니다. 그래프는 다른 실험에 대한 검색 영역도 보여줍니다. 빨간색 막대는 어두운 광자가 이른바 g-2 이상그리고 흰색 필드는 어두운 광자의 존재에 대해 조사되지 않은 채로 남아 있습니다. 차트도 고려 실험 NA64CERN에서 만들었습니다.

사진. 막시밀리안 브리스/CERN

일반 광자와 마찬가지로 암흑 광자는 암흑 물질 입자 사이에 전자기력을 전달합니다. 또한 일반 물질과 잠재적으로 약한 결합을 보일 수 있으며, 이는 고에너지 충돌에서 어두운 광자가 생성될 수 있음을 의미합니다. 이전의 검색은 그것의 흔적을 찾는 데 실패했지만, 어두운 광자는 일반적으로 전자나 다른 가시 입자로 붕괴되는 것으로 가정되었습니다.

BaBar의 새로운 연구에서는 전자-양전자 충돌에서 검은 광자가 일반 광자처럼 형성된 다음 검출기에 보이지 않는 물질의 어두운 입자로 붕괴되는 시나리오가 고려되었습니다. 이 경우 특정 양의 에너지를 운반하는 일반 광자 하나의 입자만 감지할 수 있습니다. 그래서 팀은 어두운 광자의 질량과 일치하는 특정 에너지 이벤트를 찾았습니다. 그는 8 GeV 질량에서 그러한 히트를 찾지 못했습니다.

버클리 연구소의 핵 물리학자이자 버클리 캘리포니아 대학 물리학과의 일원인 유리 콜로멘스키는 보도 자료에서 "검출기에서 어두운 광자의 서명은 하나의 높은 에너지 광자 및 다른 활동 없음." 빔 입자에 의해 방출된 단일 광자는 전자가 양전자와 충돌했고 보이지 않는 암흑 광자가 검출기에 보이지 않는 물질의 암흑 입자로 붕괴되어 다른 수반되는 에너지가 없는 상태에서 스스로를 드러낸다는 신호를 보냅니다.

어두운 광자는 또한 관찰된 뮤온 스핀의 특성과 표준 모델에 의해 예측된 값 사이의 불일치를 설명하기 위해 가정됩니다. 목표는 가장 잘 알려진 정확도로 이 속성을 측정하는 것입니다. 뮤온 실험 g-2페르미 국립가속기연구소에서 진행되었습니다. Kolomensky가 말했듯이 BaBar 실험 결과에 대한 최근 분석은 "어두운 광자 측면에서 g-2 이상 현상을 설명할 가능성을 배제하지만, 그것은 또한 다른 것이 g-2 이상 현상을 주도하고 있음을 의미합니다."

어두운 광자는 2008년에 Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll 및 Mark Kamionkowski에 의해 Brookhaven 국립 연구소의 E2 실험에서 "g-821 이상 현상"을 설명하기 위해 처음 제안되었습니다.

다크 포탈

앞서 언급한 NA64라는 CERN 실험은 최근 몇 년 동안 수행되었으며 어두운 광자를 수반하는 현상을 감지하지 못했습니다. "Physical Review Letters"의 기사에서 보고된 바와 같이, 데이터를 분석한 후 Geneva의 물리학자들은 10 GeV에서 70 GeV까지의 질량을 가진 어두운 광자를 찾을 수 없었습니다.

그러나 이러한 결과에 대해 ATLAS 실험의 James Beecham은 첫 번째 실패로 인해 경쟁 ATLAS 및 CMS 팀이 계속 조사할 수 있기를 희망한다고 밝혔습니다.

Beecham은 Physical Review Letters에서 논평했습니다. -

일본의 BaBar와 유사한 실험을 벨 IIBaBar보다 XNUMX배 더 많은 데이터를 제공할 것으로 예상됩니다.

한국 기초과학연구원 과학자들의 가설에 따르면, 평범한 물질과 어둠의 관계에 대한 잊혀지지 않는 신비는 "다크 액시온 포털 ». 이것은 두 가지 가상의 암흑 섹터 입자인 액시온과 암흑 광자를 기반으로 합니다. 포털은 이름에서 알 수 있듯이 암흑 물질과 미지의 물리학, 그리고 우리가 알고 이해하는 것 사이의 전환점입니다. 두 세계를 연결하는 것은 반대편에 있는 어두운 광자이지만 물리학자들은 우리 기기로 감지할 수 있다고 말합니다.

NA64 실험에 대한 비디오:

신비한 암흑 광자 사냥: NA64 실험