Foton gelap dapat menjelaskan data hamburan energi tinggi – Dunia Fisika

Analisis baru yang dilakukan oleh tim fisikawan internasional menunjukkan bahwa foton gelap – partikel hipotetis yang membawa gaya yang terkait dengan materi gelap – dapat menjelaskan data tertentu dari eksperimen hamburan energi tinggi. Analisis yang dipimpin oleh Nicholas Hunt-Smith dan rekan-rekan di University of Adelaide, Australia, dapat memberikan wawasan baru tentang sifat materi gelap, yang masih menjadi misteri meskipun model standar kosmologi menunjukkan bahwa materi gelap menyumbang sekitar 85% massa alam semesta.

Materi gelap mendapatkan namanya karena tidak menyerap, memantulkan, atau memancarkan radiasi elektromagnetik. Hal ini membuatnya sangat sulit untuk dideteksi di laboratorium, dan sejauh ini semua upaya untuk melakukan hal tersebut tidak membuahkan hasil. “Tidak ada partikel selain Model Standar, yang menggambarkan semua materi yang kita kenal, yang pernah terlihat,” katanya Anton Thomas, seorang fisikawan di Adelaide dan salah satu penulis analisis, yang diterbitkan di Jurnal Fisika Energi Tinggi. “Kami tidak tahu apa itu materi gelap, meskipun tampaknya materi tersebut berada di luar partikel model standar (atau partikel).”

Hipotesis foton gelap

Meskipun materi gelap masih kurang dipahami, namun hal ini merupakan penjelasan utama mengapa galaksi berotasi lebih cepat dari yang seharusnya, mengingat banyaknya materi tampak yang dikandungnya. Meskipun kita dapat mengamati interaksi materi gelap dengan alam semesta, mekanisme interaksi ini masih belum jelas. Berdasarkan Carlos Wagner, seorang fisikawan partikel di Divisi Fisika Energi Tinggi (HEP) dari Laboratorium Nasional Argonne dan seorang profesor di University of Chicago dan Institut Enrico Fermi, foton gelap adalah salah satu kemungkinannya.

“Ceritanya kira-kira seperti ini: mungkin ada tambahan sektor gelap, tempat materi gelap berada, dan berpasangan secara lemah dengan sektor biasa – dalam hal ini, melalui pencampuran boson pengukur, foton gelap, dengan boson pengukur netral biasa,” kata Wagner, mengacu pada foton, W dan Z. boson yang membawa gaya elektromagnetik dan lemah. “Boson ukuran seperti itu mungkin berpasangan dengan cara yang relevan dengan materi gelap dan, secara umum, dengan sektor gelap hipotetis.”

Hasil yang “provokatif”.

Dalam studi terbaru, tim yang dipimpin Adelaide, yang juga termasuk para peneliti di Jefferson Lab di Virginia, AS, melakukan analisis kromodinamika kuantum global (QCD) terhadap data hamburan energi tinggi dalam kerangka Jefferson Lab Angular Momentum (JAM). Para peneliti menunjukkan bahwa ketika mereka mencoba menjelaskan hasil eksperimen hamburan inelastis dalam (DIS), model yang menggabungkan foton gelap lebih disukai daripada hipotesis Model Standar yang bersaing dengan signifikansi 6.5σ.

“[DIS] adalah proses di mana sebuah wahana seperti elektron, muon, atau neutrino berhamburan dari sebuah proton dengan transfer energi dan momentum yang sangat tinggi (sangat dalam) sehingga menghancurkan proton menjadi beberapa bagian (sehingga tidak elastis),” jelas Thomas. “Jika Anda menjumlahkan seluruh bagiannya, Anda dapat menentukan distribusi momentum quark di dalam proton aslinya.”

Thomas menambahkan bahwa hasil percobaan ini dijelaskan dalam fungsi distribusi parton (PDF), yang memberikan kemungkinan menemukan jenis quark tertentu dengan fraksi momentum proton tertentu. “Semua laboratorium energi tinggi di dunia telah berperan dalam mengambil lebih dari 3,000 titik data yang kami miliki saat ini dan dianalisis dalam pekerjaan ini,” katanya. “Grup Jefferson Lab JAM memiliki sejarah panjang dalam mengekstraksi PDF dari data tersebut.”

Tim Hobbs, seorang ahli fisika teoretis di Argonne yang tidak terlibat dalam penelitian ini tetapi sebelumnya ikut menulis makalah dengan beberapa anggota tim, menyebut penelitian ini “provokatif”. Dia mencatat bahwa pekerjaan tersebut melibatkan penyesuaian data hamburan proton dan neutron secara bersamaan dengan skenario di luar Model Standar (BSM) seperti hipotesis foton gelap di samping PDF. Pendekatan ini, katanya, “semakin diminati dalam beberapa tahun terakhir”.

Memang benar, Hobbs dan kolaboratornya menghasilkan apa yang disebutnya “studi dengan semangat serupa” pada Mei 2023 yang berfokus pada data jet dan top-quark. “Kekhawatiran mendasarnya adalah bahwa ciri-ciri fisika BSM dapat secara palsu 'dipasang' dalam analisis PDF tradisional yang tidak melakukan parameterisasi BSM secara independen secara cermat,” jelasnya. Kekhawatiran ini, tambahnya, “cukup signifikan sehingga diperlukan lebih banyak upaya global seperti ini. Saya sangat mengharapkan banyak penelitian lanjutan di masa depan.”

Peluang untuk penelitian lebih lanjut

Meski antusias dengan penelitian ini, Hobbs menunjukkan isu praktis yang penting dalam interpretasinya: kuantifikasi ketidakpastian. “Ini adalah salah satu garis depan pembangunan di bidang ini,” katanya. “Bagaimana tepatnya seseorang bisa sampai pada ketidakpastian yang konsisten dan dapat direproduksi dalam analisis teoretis dengan model multi-parameter yang rumit?”

Hobbs menambahkan bahwa analisis baru ini menggunakan apa yang disebutnya sebagai “definisi ketidakpastian yang lebih agresif” daripada definisi biasanya. “Ini mungkin berperan dalam meningkatkan signifikansi tanda foton gelap yang diekstraksi dari data DIS, serta tingkat korelasinya dengan PDF,” katanya. Pertanyaan-pertanyaan ini dan lainnya, simpulnya, memerlukan penyelidikan lebih lanjut, dan dia “bersemangat atas Hunt-Smith et al. telah memberikan motivasi lebih lanjut ke arah ini”.

Wagner, yang juga tidak terlibat dalam penelitian ini, terkejut bahwa tim tersebut membatasi analisisnya pada DIS, karena keberadaan foton gelap juga akan mempengaruhi hasil eksperimen elektron-positron seperti BABAR dan LEP. “Nilai [parameter pencampuran] epsilon yang dikutip tidak terlalu kecil dan efek seperti itu seharusnya terlihat,” katanya, seraya mencatat bahwa a analisis data BABAR sebelumnya tidak menemukan efek terkait foton gelap. Penelitian di masa depan, menurutnya, dapat mempelajari lebih lanjut dengan mengubah model untuk mengasumsikan asimetri antara penggandengan partikel, yang berarti bahwa tidak semua penggandengan diatur oleh parameter pencampuran yang sama.

FASER mencari foton gelap di LHC, dan juga menemukan neutrino

Thomas setuju bahwa diperlukan lebih banyak pekerjaan. “Karena hasil kami memberikan bukti yang sangat kuat namun tidak langsung mengenai keberadaan partikel ini, akan sangat bagus jika hal ini dikonfirmasi dalam analisis lain,” katanya. Salah satu kemungkinan arah di masa depan, tambahnya, adalah mempelajari hasil menggunakan versi QCD yang lebih canggih, meskipun ia menambahkan bahwa “bukti dalam eksperimen langsung atau reaksi lain akan lebih ideal. Kami memiliki petunjuk yang sangat kuat dan ingin melihat konfirmasi independen.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/dark-photons-could-explain-high-energy-scattering-data/