Темные фотоны могут пролить свет на поиски темной материи
Группа физиков обнаружила дополнительные подсказки, которые могут помочь в понимания природы темной материи.
Темная материя – одна из величайших загадок Вселенной. Ученые не знают, что это такое, но существует нечто, оказывающее гравитационное воздействие на обычную материю.
Галактики вращаются быстрее, чем должны были бы, если бы они просто состояли из обычной материи. Путь света огибает массивные объекты более явно, чем следовало бы просто из-за гравитации, создаваемой обычной материей.
Существует ряд частиц-кандидатов на роль квантов темной материи, но их еще предстоит идентифицировать. Однако стандартная модель не может в этом помочь. Она отлично подходит для физики частиц обычной материи, но пока не позволяет объяснить темную материю.
Одна из возможностей заключается в том, что каким-то образом в этом замешаны гипотетические темные фотоны. Точно так же, как обычные фотоны являются переносчиками силы электромагнетизма – света, – темные фотоны могут быть связаны с темной материей.
«Темная материя составляет 84% вещества во Вселенной, но мы знаем о ней очень мало», — сказал профессор Энтони Томас из Университета Аделаиды. «Существование темной материи было твердо установлено на основе ее гравитационного взаимодействия, однако ее точная природа продолжает ускользать от нас, несмотря на все усилия физиков всего мира».
«Ключ к пониманию этой тайны может лежать в темном фотоне, теоретической массивной частице, которая может служить порталом между темным сектором частиц и обычной материей».
Темный фотон — это гипотетическая частица, предложенная в качестве носителя силы, подобная фотону, но потенциально связанная с темной материей. Проверка существующих теорий о темной материи является одним из подходов, которые используют ученые. Физика частиц темной материи стремится получить больше ключей к разгадке этого неуловимого, но очень важного вещества.
«В нашем последнем исследовании мы изучаем потенциальное влияние, которое темный фотон может оказать на полный набор экспериментальных результатов процесса глубоко неупругого рассеяния», — сказал профессор Энтони Томас, автор исследования.
Анализ побочных продуктов столкновений частиц, ускоренных до чрезвычайно высоких энергий, дает ученым убедительные доказательства строения субатомного мира и управляющих им законов природы.
В физике элементарных частиц глубоко неупругое рассеяние (DIS) — это название процесса, используемого для исследования адронов (особенно барионов, таких как протоны и нейтроны) с использованием электронов, мюонов и нейтрино.
Используя данные ряда коллайдеров частиц, исследователи изучили возможность того, что темные фотоны играют незначительную роль в том, как частицы расходятся после удара.
Они также включили в стандартную модель особенность — мюонную магнитную аномалию. Измерения того, как мюон колеблется в сильном магнитном поле, расходятся с предсказаниями стандартной модели на 3–4 стандартных отклонения, намекая на активность сил, которые еще предстоит изучить.
Физики обнаружили, что введение возможности темного фотона не только увеличивает предпочтение темного фотона как кандидата, но и значительно уменьшает мюонную магнитную аномалию.
«Мы использовали современную систему глобального анализа функции распределения партонов по угловому моменту (JAM) Лаборатории Джефферсона, модифицировав лежащую в основе теорию, чтобы учесть возможность существования темного фотона», — говорят ученые.
«Наша работа показывает, что гипотеза темных фотонов предпочтительнее гипотезы стандартной модели со значимостью 6,5 сигм, что является свидетельством открытия частиц».
Хотя предстоит проделать значительную работу, прежде чем можно будет утверждать о существовании темных фотонов, ученые надеются, что их результаты убедят других исследователей аномалий проверить свои расчеты данных, выходящих за рамки стандартной модели.
Исследование было опубликовано в Journal of High Energy Physics.