暗い光子は高エネルギー散乱データを説明できる – Physics World

物理学者の国際チームによって行われた新しい分析は、ダークフォトン（暗黒物質に関連する力を運ぶ仮説上の粒子）が高エネルギー散乱実験からの特定のデータを説明できる可能性があることを示唆しています。 分析を主導したのは、 ニコラス・ハント＝スミス との同僚 アデレード大学オーストラリアの研究は、宇宙論の標準モデルでは暗黒物質が宇宙の質量の約85%を占めていると示唆しているにもかかわらず、依然として謎に包まれている暗黒物質の性質について新たな洞察につながる可能性がある。

ダークマターは電磁放射線を吸収、反射、放出しないことからその名前が付けられました。 このため、実験室で検出することは非常に困難であり、これまでのところ、検出する試みはすべて無駄に終わっています。 「私たちがよく知っているすべての物質を記述する標準模型を超える粒子は、これまでに見たことがありません」と彼は言います。 アンソニートーマス、アデレード大学の物理学者であり、この分析の共著者であり、 高エネルギー物理学ジャーナル。 「暗黒物質が何であるかはわかりませんが、標準モデルの粒子を超えている可能性が高いようです。」

ダークフォトン仮説

暗黒物質についてはほとんど理解されていませんが、銀河に含まれる目に見える物質の量を考慮すると、銀河が必要以上に速く回転する理由の有力な説明となっています。 しかし、暗黒物質が宇宙と相互作用していることは観察できますが、その相互作用のメカニズムは不明です。 によると カルロス・ワグナーの素粒子物理学者。 アルゴンヌ国立研究所の高エネルギー物理学 (HEP) 部門 そしてその大学の教授 シカゴ大学 と エンリコ・フェルミ研究所、ダークフォトンは可能性の XNUMX つです。

「ストーリーは次のようなものです：追加の可能性があります ダークセクターそこには暗黒物質が存在し、通常のセクターと弱く結合します。この場合、ゲージボソンであるダークフォトンと通常の中性ゲージボソンの混合によってです」とワグナーは光子の W と Z について述べています。電磁力と弱い力を運ぶボソン。 「そのようなゲージボソンは、関連する方法で暗黒物質、そして一般的には仮説上の暗黒セクターと結合する可能性があります。」

「挑発的な」結果

最新の研究では、米国バージニア州のジェファーソン研究所の研究者も参加したアデレード主導のチームが、ジェファーソン研究所の角運動量（JAM）フレームワーク内で高エネルギー散乱データの全球量子色力学（QCD）分析を実施した。 研究者らは、深部非弾性散乱（DIS）実験の結果を説明しようとする場合、競合する標準モデル仮説よりも暗い光子を組み込んだモデルの方が有意性6.5σで好ましいことを実証した。

「[DIS]は、電子、ミューオン、ニュートリノなどの探査機が、エネルギーと運動量の伝達が非常に高く（したがって深く）、陽子を粉々に砕いて（したがって非弾性）、陽子から散乱するプロセスです」とトーマス氏は説明する。 「すべての部分を合計すると、元の陽子内のクォークの運動量の分布を決定できます。」

Thomas 氏は、この実験の結果はパートン分布関数 (PDF) の観点から記述されており、陽子の運動量の所定の割合を持つ特定のタイプのクォークを見つける確率を与えると付け加えています。 「世界中の高エネルギー研究所はすべて、現在私たちが保有しており、この研究で分析された 3,000 以上のデータ ポイントを取得する役割を果たしてきました。」と彼は言います。 「Jefferson Lab JAM グループには、そのようなデータから PDF を抽出してきた長い歴史があります。」

ティムホブスアルゴンヌ大学の理論物理学者で、この研究には関与していないが、以前にチームの数人のメンバーと論文を共著したことがある博士は、この研究を「挑発的」と呼んでいる。 同氏は、この作業には陽子散乱データと中性子散乱データを、PDF と並行して暗黒光子仮説などの標準モデルを超えたシナリオ (BSM) に同時に当てはめることが含まれていたと指摘しています。 このアプローチは「ここ数年で関心が高まっている」と彼は言う。

実際、ホッブズ氏とその共同研究者らは、2023年XNUMX月に同氏が「同様の精神の研究」と呼ぶものを作成したが、その内容は次のことに焦点を当てたものだった。 ジェットとトップクォークのデータ。 「基本的な懸念は、BSM を個別に注意深くパラメータ化していない従来の PDF 分析に、BSM 物理のシグネチャが誤って「はめ込まれる」可能性があるということです」と彼は説明します。 この懸念は「この種のよりグローバルな適合が必要になるほど十分に重大である」と彼は付け加えた。 今後多くの追跡調査が行われることを非常に期待しています。」

さらなる研究の機会

ホッブズ氏はこの研究に熱心に取り組みながら、その解釈にとって重要な実際的な問題、つまり不確実性の定量化を指摘しています。 「これは、この分野における開発の最前線の XNUMX つです」と彼は言います。 「複雑なマルチパラメータ モデルを使用した理論解析において、一貫性のある再現可能な不確実性をどのように正確に導き出すのでしょうか?」

ホッブス氏は、新しい分析では、一般的なものよりも不確実性の「より積極的な定義」と彼が呼ぶものを使用したと付け加えた。 「これは、DIS データから抽出されたダークフォトン署名の見かけの重要性や、PDF との相関性の程度を高める役割を果たしている可能性があります」と彼は言います。 これらの疑問やその他の疑問については、さらなる調査が必要であると彼は結論づけており、「ハント・スミスの研究結果に興奮している」 ら この方向へのさらなるモチベーションを与えてくれました。」

ワグナー氏もこの研究には関与していなかったが、暗黒光子の存在はBABARやLEPなどの電子陽電子実験の結果にも影響を与えるため、チームが分析をDISに限定したことに驚いている。 「引用された[混合パラメータ]イプシロンの値はそれほど小さいものではなく、そのような効果は目に見えるはずです」と彼は言い、 BABAR データの以前の分析 そのような暗い光子に関連した効果は見つかりませんでした。 同氏は、将来の研究では、粒子結合間の非対称性を仮定するようにモデルを変更することで、より多くのことを学べる可能性があると示唆しています。これは、そのような結合すべてが同じ混合パラメータによって支配されるわけではないことを意味します。

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トーマスもさらなる研究が必要であることに同意します。 「私たちの結果は、この粒子の存在の非常に強力ではあるが間接的な証拠を示しているので、他の分析でそれが確認されることは素晴らしいことです」と彼は言います。 考えられる将来の方向性の XNUMX つは、より洗練されたバージョンの QCD を使用して結果を研究することですが、「直接実験または他の反応での証拠が理想的です。」とも付け加えています。 私たちは非常に強力なヒントを持っており、独立した確認を待ち望んでいます。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/dark-photons-could-explain-high-energy-scattering-data/