A sötét fotonok magyarázatot adhatnak a nagy energiájú szórási adatokra – Physics World

Egy nemzetközi fizikuscsoport által végzett új elemzés azt sugallja, hogy a sötét fotonok – a sötét anyaghoz kapcsolódó erőket hordozó hipotetikus részecskék – megmagyarázhatják a nagy energiájú szórási kísérletek bizonyos adatait. Az elemzés, amelyet vezetett Nicholas Hunt-Smith és kollégái a University of Adelaide, Ausztráliában, új betekintést nyerhet a sötét anyag természetébe, ami továbbra is rejtély, noha a kozmológiai standard modellek szerint az univerzum tömegének körülbelül 85%-át teszi ki.

A sötét anyag azért kapta a nevét, mert nem nyeli el, nem tükrözi vagy bocsát ki elektromágneses sugárzást. Ez rendkívül megnehezíti a laboratóriumi észlelést, és eddig minden próbálkozás üres kézzel jött. „Soha nem láttak olyan részecskét, amely túlmutat a standard modellen, amely leírja az összes általunk ismert anyagot” – mondja Anthony Thomas, az adelaide-i fizikus és az elemzés társszerzője, amely a Journal of High Energy Physics. "Fogalmunk sincs, mi a sötét anyag, bár valószínűleg túlmutat a szabványos modellrészecskén (vagy részecskéken)."

A sötét foton hipotézis

Noha a sötét anyag nem ismert, mégis ez a vezető magyarázat arra, hogy a galaxisok miért forognak gyorsabban a kelleténél, tekintettel a bennük lévő látható anyag mennyiségére. De bár megfigyelhetjük, hogy a sötét anyag kölcsönhatásba lép az univerzummal, ezeknek a kölcsönhatásoknak a mechanizmusa nem világos. Alapján Carlos Wagner, részecskefizikus a Az Argonne National Laboratory High Energy Physics (HEP) részlege és egy professzor a University of Chicago és a Enrico Fermi Intézet, a sötét fotonok az egyik lehetőség.

„A történet valahogy így néz ki: lehetne még egy sötét szektor, ahol a sötét anyag található, és ez gyengén kapcsolódik a közönséges szektorhoz – ebben az esetben egy mérőbozon, a sötét foton keveredésével a közönséges semleges méretű bozonokkal” – mondja Wagner a W és Z fotonokra utalva. bozonok, amelyek az elektromágneses és gyenge erőket hordozzák. "Egy ilyen mérőbozon releváns módon kapcsolódhat a sötét anyaghoz és általában egy feltételezett sötét szektorhoz."

„Provokatív” eredmény

A legfrissebb tanulmányban az Adelaide által vezetett csapat, amelyben a Virginia állambeli Jefferson Lab kutatói is részt vettek, globális kvantumkromodinamikai (QCD) elemzést végzett nagy energiájú szórási adatokkal a Jefferson Lab Angular Momentum (JAM) keretén belül. A kutatók kimutatták, hogy amikor megpróbálják megmagyarázni a mély rugalmatlan szórási (DIS) kísérletek eredményeit, egy sötét fotont tartalmazó modellt részesítenek előnyben a versengő Standard Model hipotézissel szemben 6.5σ szignifikancia mellett.

„A [DIS] az a folyamat, amikor egy szonda, például egy elektron, müon vagy neutrínó olyan nagy energia- és impulzustranszferrel (tehát mélyen) szórja ki a protont, hogy darabokra zúzza a protont (tehát rugalmatlan)” – magyarázza Thomas. "Ha az összes darabot összeadja, meghatározhatja a kvarkok lendületének eloszlását az eredeti protonon belül."

Thomas hozzáteszi, hogy ennek a kísérletnek az eredményeit parton eloszlási függvényekkel (PDF-ek) írják le, amelyek megadják annak valószínűségét, hogy a proton lendületének adott töredékével egy adott típusú kvark található. „A világ összes nagyenergiájú laboratóriuma szerepet játszott a jelenleg rendelkezésre álló több mint 3,000 adatpont felvételében, amelyeket ebben a munkában elemeztünk” – mondja. "A Jefferson Lab JAM csoport hosszú múltra tekint vissza az ilyen adatokból PDF-fájlok kinyerésében."

Tim Hobbs, az Argonne elméleti fizikusa, aki nem vett részt ebben a munkában, de korábban a csapat több tagjával közösen írt dolgozatokat, „provokatívnak” nevezi a tanulmányt. Megjegyzi, hogy a munka során a proton- és neutronszórási adatokat egyidejűleg illesztették a standard modellen (BSM) túlmutató forgatókönyvhöz, például a sötét foton hipotézishez a PDF-ek mellett. Ez a megközelítés szerinte „az elmúlt években egyre nagyobb érdeklődést mutatott”.

Valójában Hobbs és munkatársai 2023 májusában elkészítették az általa „hasonló szellemű tanulmányt”, amely a jet és top-quark adatok. „Az alapvető aggodalomra ad okot, hogy a BSM fizika szignatúráit hamisan „beilleszthetik” a hagyományos PDF-elemzésekbe, amelyek nem paraméterezik gondosan a BSM-et egymástól függetlenül” – magyarázza. Ez az aggodalom – teszi hozzá – „elég jelentős ahhoz, hogy több ilyen típusú globális illesztésre van szükség. Nagyon sok nyomon követési tanulmányra számítok a jövőben.”

További kutatási lehetőségek

Bár Hobbs lelkesedik a munkáért, rámutat egy gyakorlati kérdésre, amely kulcsfontosságú az értelmezése szempontjából: a bizonytalanság számszerűsítésére. „Ez az egyik fejlesztési határ ezen a területen” – mondja. „Hogyan juthatunk el egy következetes, reprodukálható bizonytalansághoz egy bonyolult, többparaméteres modellel végzett elméleti elemzés során?”

Hobbs hozzáteszi, hogy az új elemzés a bizonytalanság „agresszívabb definícióját” használta a szokásosnál. "Ez szerepet játszhat a DIS-adatokból kinyert sötét foton aláírás látszólagos jelentőségének, valamint a PDF-ekkel való korreláció mértékének növelésében" - mondja. Ezek és más kérdések további vizsgálatot igényelnek, és „izgatott, hogy Hunt-Smith és mtsai. további motivációt adtak ebbe az irányba”.

Wagner, aki szintén nem vett részt a vizsgálatban, meglepődött azon, hogy a csapat a DIS-re korlátozta az elemzést, mivel a sötét fotonok megléte befolyásolná az elektron-pozitron kísérletek, például a BABAR és a LEP eredményeit is. „A [keverési paraméter] epszilon értékei nem túl kicsik, és ennek a hatásnak láthatónak kell lennie” – mondja, megjegyezve, hogy a BABAR adatok korábbi elemzése nem találtak ilyen sötét-fotonokkal kapcsolatos hatásokat. Azt javasolja, hogy a jövőbeli tanulmányok többet tanulhatnak a modell megváltoztatásával, hogy a részecskecsatolások közötti aszimmetriát feltételezzenek, ami azt jelentené, hogy nem minden ilyen kapcsolást ugyanaz a keverési paraméter szabályoz.

A FASER sötét fotonokat keres az LHC-nél, és neutrínókat is talál

Thomas egyetért azzal, hogy több munkára van szükség. „Mivel eredményeink rendkívül erős, de közvetett bizonyítékot adnak ennek a részecskenak a létezésére, csodálatos lenne, ha ezt más elemzések is megerősítenék” – mondja. Hozzáteszi, az egyik lehetséges jövőbeli irány az lenne, ha az eredményeket a QCD kifinomultabb változataival tanulmányoznák, bár hozzáteszi, hogy „a közvetlen kísérletek vagy más reakciók bizonyítékai ideálisak lennének. Nagyon erős tippünk van, és szívesen látnánk független megerősítést.”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/dark-photons-could-explain-high-energy-scattering-data/