โฟตอนมืด ตามหาสิ่งที่มองไม่เห็น

โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐานที่เกี่ยวข้องกับแสง อย่างไรก็ตาม ประมาณหนึ่งทศวรรษ นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่ามีสิ่งที่พวกเขาเรียกว่าโฟตอนมืดหรือมืด สำหรับคนธรรมดาแล้ว สูตรดังกล่าวดูเหมือนจะขัดแย้งในตัวเอง สำหรับนักฟิสิกส์ สิ่งนี้สมเหตุสมผล เพราะในความเห็นของพวกเขา มันนำไปสู่การไขความลึกลับของสสารมืด

การวิเคราะห์ข้อมูลใหม่จากการทดลองคันเร่ง ส่วนใหญ่ผลลัพธ์ เครื่องตรวจจับ BaBarแสดงให้ฉันเห็นที โฟตอนมืด มันไม่ได้ซ่อนอยู่นั่นคือ ไม่รวมโซนที่ไม่พบ การทดลอง BaBar ซึ่งดำเนินการตั้งแต่ปี 1999 ถึง พ.ศ. 2008 ที่ SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) ในเมนโลพาร์ก รัฐแคลิฟอร์เนีย ได้รวบรวมข้อมูลจาก การชนกันของอิเล็กตรอนกับโพซิตรอน, ปฏิปักษ์อิเล็กตรอนที่มีประจุบวก ส่วนหลักของการทดลองเรียกว่า PKP-IIดำเนินการร่วมกับ SLAC, Berkeley Lab และ Lawrence Livermore National Laboratory นักฟิสิกส์กว่า 630 คนจากสิบสามประเทศร่วมมือกันใน BaBar ที่จุดสูงสุด

การวิเคราะห์ล่าสุดใช้ข้อมูลของ BaBar ประมาณ 10% ที่บันทึกไว้ในช่วงสองปีที่ผ่านมาของการดำเนินงาน การวิจัยมุ่งเน้นไปที่การค้นหาอนุภาคที่ไม่รวมอยู่ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ พล็อตผลลัพธ์แสดงพื้นที่การค้นหา (สีเขียว) ที่สำรวจในการวิเคราะห์ข้อมูล BaBar ซึ่งไม่พบโฟตอนสีเข้ม กราฟยังแสดงพื้นที่การค้นหาสำหรับการทดสอบอื่นๆ แถบสีแดงแสดงพื้นที่เพื่อตรวจสอบว่าโฟตอนสีเข้มทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า .หรือไม่ g-2 ผิดปกติและทุ่งสีขาวก็ยังคงไม่มีการตรวจสอบว่ามีโฟตอนสีเข้มอยู่ แผนภูมิยังคำนึงถึง การทดลอง NA64ทำที่ CERN

รูปภาพ. Maximilian Bris / CERN

เช่นเดียวกับโฟตอนทั่วไป โฟตอนมืดจะถ่ายเทแรงแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอนุภาคสสารมืด นอกจากนี้ยังสามารถแสดงพันธะที่อาจอ่อนแอกับสสารธรรมดา ซึ่งหมายความว่าโฟตอนมืดสามารถเกิดขึ้นได้จากการชนกันของพลังงานสูง การค้นหาก่อนหน้านี้ไม่พบร่องรอยของมัน แต่โดยทั่วไปโฟตอนสีเข้มจะถือว่าสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนหรืออนุภาคอื่นๆ ที่มองเห็นได้

สำหรับการศึกษาใหม่ที่ BaBar ได้มีการพิจารณาสถานการณ์ที่โฟตอนสีดำก่อตัวขึ้นเหมือนโฟตอนธรรมดาในการชนกันของอิเล็กตรอน-โพซิตรอน แล้วสลายเป็นอนุภาคมืดของสสารที่มองไม่เห็นโดยเครื่องตรวจจับ ในกรณีนี้ จะสามารถตรวจจับอนุภาคได้เพียงอนุภาคเดียว นั่นคือโฟตอนธรรมดาที่มีพลังงานจำนวนหนึ่ง ดังนั้นทีมจึงมองหาเหตุการณ์พลังงานเฉพาะที่ตรงกับมวลของโฟตอนมืด เขาไม่พบการโจมตีดังกล่าวกับฝูง 8 GeV

Yuri Kolomensky นักฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ Berkeley Lab และสมาชิกภาควิชาฟิสิกส์ที่ University of California, Berkeley กล่าวในการแถลงข่าวว่า "ลายเซ็นของโฟตอนมืดในเครื่องตรวจจับจะง่ายเพียงจุดเดียว โฟตอนพลังงานและไม่มีกิจกรรมอื่น ๆ " โฟตอนเดียวที่ปล่อยออกมาจากอนุภาคของลำแสงจะส่งสัญญาณว่าอิเล็กตรอนชนกับโพซิตรอนและโฟตอนมืดที่มองไม่เห็นได้สลายตัวเป็นอนุภาคมืดของสสาร ซึ่งมองไม่เห็นโดยเครื่องตรวจจับ แสดงออกโดยปราศจากพลังงานอื่นๆ ที่มาพร้อมกัน

โฟตอนมืดยังถูกตั้งสมมติฐานเพื่ออธิบายความคลาดเคลื่อนระหว่างคุณสมบัติที่สังเกตได้ของการหมุนของมิวออนและค่าที่ทำนายโดยแบบจำลองมาตรฐาน เป้าหมายคือการวัดคุณสมบัตินี้ด้วยความแม่นยำที่รู้จักกันดีที่สุด การทดลองมิวออน g-2ดำเนินการที่ห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ Fermi ดังที่ Kolomensky กล่าว การวิเคราะห์ผลการทดลอง BaBar เมื่อเร็ว ๆ นี้ส่วนใหญ่ "ตัดความเป็นไปได้ในการอธิบายความผิดปกติของ g-2 ในแง่ของโฟตอนสีเข้ม แต่ก็หมายความว่ามีสิ่งอื่นที่ขับเคลื่อนความผิดปกติของ g-2"

โฟตอนมืดถูกเสนอครั้งแรกในปี 2008 โดย Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll และ Mark Kamionkowski เพื่ออธิบาย "g-2 anomaly" ในการทดลอง E821 ที่ Brookhaven National Laboratory

พอร์ทัลมืด

การทดลองที่ CERN ดังกล่าวเรียกว่า NA64 ซึ่งดำเนินการในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาก็ล้มเหลวในการตรวจจับปรากฏการณ์ที่มาพร้อมกับโฟตอนที่มืด ตามที่รายงานในบทความใน "Physical Review Letters" หลังจากวิเคราะห์ข้อมูลแล้ว นักฟิสิกส์จากเจนีวาไม่พบโฟตอนมืดที่มีมวลตั้งแต่ 10 GeV ถึง 70 GeV

อย่างไรก็ตาม ในการแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับผลลัพธ์เหล่านี้ James Beecham จากการทดลองของ ATLAS ได้แสดงความหวังว่าความล้มเหลวครั้งแรกจะกระตุ้นให้ทีม ATLAS และ CMS ที่แข่งขันกันมองหาต่อไป

Beecham แสดงความคิดเห็นในจดหมายทบทวนทางกายภาพ -

การทดลองที่คล้ายกับ BaBar ในญี่ปุ่นเรียกว่า Bell IIซึ่งคาดว่าจะให้ข้อมูลมากกว่า BaBar ร้อยเท่า

ตามสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันพื้นฐานวิทยาศาสตร์ในเกาหลีใต้ ความลึกลับที่หลอกหลอนของความสัมพันธ์ระหว่างเรื่องธรรมดากับความมืดสามารถอธิบายได้โดยใช้รูปแบบพอร์ทัลที่เรียกว่า "พอร์ทัล axion มืด ». มันขึ้นอยู่กับอนุภาคเซกเตอร์มืดสมมุติฐานสองอนุภาคคือ axion และโฟตอนมืด พอร์ทัลตามชื่อแนะนำคือการเปลี่ยนแปลงระหว่างสสารมืดและฟิสิกส์ที่ไม่รู้จักและสิ่งที่เรารู้และเข้าใจ การเชื่อมต่อโลกทั้งสองนี้เป็นโฟตอนมืดที่อยู่อีกด้านหนึ่ง แต่นักฟิสิกส์บอกว่าสามารถตรวจพบได้ด้วยเครื่องมือของเรา

วิดีโอเกี่ยวกับการทดลอง NA64:

ตามล่าหาโฟตอนมืดลึกลับ: การทดลอง NA64