Tummat fotonit voisivat selittää korkean energian sirontadatan – Physics World

Kansainvälisen fyysikkoryhmän tekemä uusi analyysi viittaa siihen, että tummat fotonit - hypoteettiset hiukkaset, jotka kuljettavat pimeään aineeseen liittyviä voimia - voisivat selittää tietyt tiedot korkean energian sirontakokeista. Analyysi, jota johti Nicholas Hunt-Smith ja kollegat University of AdelaideAustraliassa, voisi johtaa uusiin näkemyksiin pimeän aineen luonteesta, mikä on edelleen mysteeri, vaikka kosmologian standardimallien mukaan se muodostaa noin 85 % maailmankaikkeuden massasta.

Pimeä aine on saanut nimensä, koska se ei absorboi, heijasta tai lähetä sähkömagneettista säteilyä. Tämä tekee sen havaitsemisen laboratoriossa erittäin vaikeaksi, ja tähän mennessä kaikki yritykset tehdä niin ovat tulleet tyhjin käsin. "Mitään hiukkasta ei ole koskaan nähty vakiomallin lisäksi, joka kuvaa kaikkea meille tuttua asiaa", sanoo Anthony Thomas, fyysikko Adelaidessa ja toinen kirjoittaja analyysissä, joka on julkaistu Lehti korkean energian fysiikasta. "Meillä ei ole aavistustakaan siitä, mitä pimeä aine on, vaikka se näyttää olevan [a] tavallista mallihiukkasta (tai hiukkasia) pidemmältä."

Tumman fotoni hypoteesi

Vaikka pimeää ainetta ymmärretään huonosti, se on kuitenkin johtava selitys sille, miksi galaksit pyörivät nopeammin kuin niiden pitäisi, ottaen huomioon niiden sisältämän näkyvän aineen määrän. Mutta vaikka voimme havaita pimeän aineen vuorovaikutuksessa maailmankaikkeuden kanssa, näiden vuorovaikutusten mekanismi on epäselvä. Mukaan Carlos Wagner, hiukkasfyysikko Argonnen kansallisen laboratorion High Energy Physics (HEP) -osasto ja professori University of Chicago ja Enrico Fermi -instituutti, tummat fotonit ovat yksi mahdollisuus.

"Tarina on suunnilleen tällainen: voisi olla lisää pimeä sektori, jossa pimeää ainetta sijaitsee ja joka kytkeytyy heikosti tavalliseen sektoriin – tässä tapauksessa mittabosonin, tumman fotonin, sekoittumisen kautta tavallisiin neutraaleihin bosoneihin”, Wagner sanoo viitaten fotoneihin W ja Z. bosonit, jotka kuljettavat sähkömagneettisia ja heikkoja voimia. "Tällainen mittabosoni voi liittyä asiaankuuluvalla tavalla pimeään aineeseen ja yleensä hypoteettiseen pimeään sektoriin."

"Provokatiivinen" tulos

Uusimmassa tutkimuksessa Adelaiden johtama tiimi, johon kuului myös tutkijoita Jefferson Labista Virginiassa, Yhdysvalloissa, suoritti maailmanlaajuisen kvanttikromodynamiikan (QCD) analyysin korkean energian sironnan tiedoista Jefferson Lab Angular Momentum (JAM) -kehyksen puitteissa. Tutkijat osoittivat, että kun he yrittävät selittää syvän joustamattoman sironnan (DIS) tuloksia, malli, joka sisältää tumman fotonin, on parempi kuin kilpaileva vakiomallin hypoteesi 6.5σ:n merkitsevyydellä.

"[DIS] on prosessi, jossa elektronin, myonin tai neutrinon kaltainen koetin siroaa protonista niin suurella energian ja liikemäärän siirrolla (siis syvällä), että se murskaa protonin palasiksi (siis joustamaton)," Thomas selittää. "Jos summaat kaikki palaset, voit määrittää kvarkkien liikemäärän jakautumisen alkuperäisessä protonissa."

Thomas lisää, että tämän kokeen tulokset on kuvattu parton-jakaumafunktioilla (PDF), jotka antavat todennäköisyyden löytää tietyntyyppinen kvarkki tietyllä osalla protonin liikemäärästä. "Kaikilla korkean energian laboratorioilla maailmassa on ollut rooli yli 3,000 XNUMX datapisteen ottamisessa, jotka meillä on tällä hetkellä ja jotka analysoitiin tässä työssä", hän sanoo. "Jefferson Lab JAM -ryhmällä on pitkä historia PDF-tiedostojen poimimisessa tällaisista tiedoista."

Tim Hobbs, Argonnen teoreettinen fyysikko, joka ei ollut mukana tässä työssä, mutta on aiemmin kirjoittanut artikkeleita useiden ryhmän jäsenten kanssa, kutsuu tutkimusta "provokatiiviseksi". Hän huomauttaa, että työhön kuului samanaikaisesti protonien ja neutronien sirontatietojen sovittaminen standardimallin (BSM) ulkopuoliseen skenaarioon, kuten pimeän fotonihypoteesi PDF-tiedostojen rinnalle. Hän sanoo, että tämä lähestymistapa "on kasvanut viime vuosina".

Todellakin, Hobbs ja hänen työtoverinsa tuottivat toukokuussa 2023 "samanlaisen hengen tutkimuksen", joka keskittyi suihku- ja huippukvarkkidataa. "Perushuoli [on], että BSM-fysiikan allekirjoituksia voidaan "sovittaa" perinteisissä PDF-analyyseissä, jotka eivät parametroi BSM:ää huolellisesti itsenäisesti", hän selittää. Hän lisää, että tämä huoli on "riittävän merkittävä, jotta tämän tyyppisiä maailmanlaajuisia sovituksia tarvitaan lisää. Odotan kovasti monia jatkotutkimuksia tulevaisuudessa."

Mahdollisuudet jatkotutkimukseen

Vaikka Hobbs on innostunut teoksesta, hän huomauttaa käytännön ongelman, joka on ratkaisevan tärkeä sen tulkinnan kannalta: epävarmuuden kvantifiointi. "Tämä on yksi kehityksen rajoista tällä alalla", hän sanoo. "Kuinka tarkalleen saadaan johdonmukainen, toistettavissa oleva epävarmuus teoreettisessa analyysissä monimutkaisen, moniparametrisen mallin avulla?"

Hobbs lisää, että uusi analyysi käytti tyypillistä "aggressiivisempaa määritelmää" epävarmuudelle. "Tällä voi olla rooli DIS-tiedoista poimitun tumman fotonitunnisteen näennäisen merkityksen lisäämisessä sekä korrelaation asteessa PDF-tiedostojen kanssa", hän sanoo. Hän päättelee, että nämä ja muut kysymykset vaativat lisätutkimusta, ja hän on "innoissaan siitä, että Hunt-Smith et ai. ovat antaneet lisämotivaatiota tähän suuntaan."

Wagner, joka ei myöskään ollut mukana tutkimuksessa, on yllättynyt siitä, että ryhmä rajoitti analyysinsä DIS:ään, koska tummien fotonien olemassaolo vaikuttaisi myös elektroni-positronikokeiden, kuten BABAR ja LEP, tuloksiin. "Laiteitetut [sekoitusparametrin] epsilonin arvot eivät ole kovin pieniä, ja tällaisen vaikutuksen pitäisi olla näkyvissä", hän sanoo ja huomauttaa, että aiempi BABAR-tietojen analyysi ei löytänyt tällaisia ​​tummiin fotoniin liittyviä vaikutuksia. Tulevat tutkimukset, hän ehdottaa, voisivat oppia lisää muuttamalla mallia olettamaan epäsymmetriaa hiukkaskytkentöjen välillä, mikä tarkoittaisi, että kaikkia tällaisia ​​kytkentöjä ei säädä sama sekoitusparametri.

FASER etsii tummia fotoneja LHC:stä ja löytää myös neutriinoja

Thomas on samaa mieltä siitä, että työtä tarvitaan lisää. "Koska tuloksemme antaa erittäin vahvan, mutta epäsuoran todisteen tämän hiukkasen olemassaolosta, olisi hienoa saada se vahvistumaan muissa analyyseissä", hän sanoo. Yksi mahdollinen tulevaisuuden suunta, hän lisää, olisi tutkia tuloksia käyttämällä QCD:n kehittyneempiä versioita, vaikka hän lisää, että "todisteet suorista kokeista tai muista reaktioista olisivat ihanteellisia. Meillä on erittäin vahva vihje ja haluaisimme nähdä riippumattoman vahvistuksen."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/dark-photons-could-explain-high-energy-scattering-data/