ЦЕРН стал ближе к поиску темного фотона

В ходе эксперимента ученые Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллеги из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) смогли на 25 % сузить зону поиска темного фотона. Темный фотон – это частица-посредник между видимым миром и темной материей. Его обнаружение может приблизить ученых к разгадке тайн невидимой части Вселенной. 

Происхождение и природа темной материи – одна из основных проблем в физике элементарных частиц. Современная наука полагает, что видимая часть нашей Вселенной составляет лишь 5%, в то время как оставшиеся 95% приходятся на невидимую часть (72 % темная энергия и 23 % темная материя). О существовании темной материи свидетельствуют ее масса, которая создает гравитационные поля, влияющие на траекторию движения звезд.

Ранее исследователи высказали предположение о том, что темная материя состоит из невзаимодействующих с видимой частью Вселенной тяжелых частиц - темных фотонов, которые отличаются от обычных фотонов тем, что обладают массой. По мнению ученых, обычные и темные фотоны могут смешиваться, что позволяет взаимодействовать обычному и невидимому веществам.

На данном этапе обнаружение темного фотона является серьезной проблемой: его можно обнаружить лишь косвенно, по наблюдению за частицами, которые участвуют в реакциях его рождения или распада. Однако обнаружение темного фотона может приблизить ученых к разгадке тайн темной материи.

В ходе эксперимента, который в итоге сузил зону поиска темного фотона, исследователи создавали условия образования темных фотонов. Ускоритель - протонный суперсинхротрон – испускает пучок электронов с заранее известной энергией. Пучок электронов попадает на детектор, где электроны взаимодействуют с его атомами, создавая видимые фотоны. Если темные фотоны существуют, то унесенная ими энергия  вычитается из первоначальной энергии электронов, согласно закону сохранения энергии. В результате опыта наблюдается потеря энергии, которую нельзя связать с известными процессами.

Новые данные, обозначающие границы поиска темного фотона, внесены в таблицу элементарных частиц международного сборника Particle Data Group (PDG), объединяющего совокупность знаний о структуре элементарных частиц и их свойствах.

В состав коллаборации NA64 входят ученые из Института ядерных исследований (Москва), Института физики высоких энергий (Протвино), Объединенного института ядерных исследований (Дубна), Томского политехнического университета, Боннского университета (Германия), Технологического университет Мюнхена (Германия), Технических университетов г. Вальпараисо (Чили) и г. Цюрих (Швейцария).