암흑 광자는 고에너지 산란 데이터를 설명할 수 있습니다.

국제 물리학자 팀이 수행한 새로운 분석에 따르면 암흑 물질과 관련된 힘을 전달하는 가상 입자인 암흑 광자는 고에너지 산란 실험의 특정 데이터를 설명할 수 있습니다. 분석을 주도한 것은 니콜라스 헌트 스미스 그리고 동료들 애들레이드 대학, 호주의 연구는 우주론의 표준 모델이 암흑 물질이 우주 질량의 약 85%를 차지한다고 제안하지만 암흑 물질의 본질에 대한 새로운 통찰력으로 이어질 수 있습니다.

암흑물질이라는 이름은 전자기파를 흡수, 반사, 방출하지 않기 때문에 붙여진 이름입니다. 이로 인해 실험실에서 탐지하는 것이 극도로 어려워졌으며 지금까지 모든 시도는 빈손으로 이루어졌습니다. “우리가 익숙한 모든 문제를 설명하는 표준 모델을 넘어서는 입자는 본 적이 없습니다.”라고 말합니다. 앤서니 토마스, 애들레이드의 물리학자이자 이번 분석의 공동 저자입니다. 고에너지 물리학 저널. "암흑 물질이 표준 모델 입자(또는 입자)를 넘어서는 것처럼 보이지만 우리는 암흑 물질이 무엇인지 전혀 모릅니다."

암흑광자 가설

암흑물질은 제대로 이해되지 않았지만 그럼에도 불구하고 은하계에 포함된 눈에 보이는 물질의 양을 고려할 때 은하계가 예상보다 빠르게 회전하는 이유에 대한 주요 설명입니다. 그러나 암흑물질이 우주와 상호작용하는 것을 관찰할 수는 있지만 이러한 상호작용의 메커니즘은 불분명합니다. 에 따르면 카를로스 바그너, 입자 물리학자 아르곤 국립 연구소의 고에너지 물리학(HEP) 부서 그리고 그 대학의 교수 시카고 대학 그리고 엔리코 페르미 연구소, 어두운 광자가 하나의 가능성입니다.

“이야기는 이렇습니다. 추가 내용이 있을 수 있습니다. 다크섹터, 암흑 물질이 존재하는 곳이며 일반 섹터와 약하게 결합됩니다. 이 경우 게이지 보존, 암흑 광자와 일반 중성 게이지 보손의 혼합을 통해"라고 Wagner는 광자 W와 Z를 언급하면서 말합니다. 전자기력과 약력을 전달하는 보존. "이러한 게이지 보존은 암흑 물질 및 일반적으로 가상의 암흑 구역과 관련된 방식으로 결합될 수 있습니다."

'도발적인' 결과

최신 연구에서 미국 버지니아 주 Jefferson Lab의 연구원을 포함한 애들레이드 주도 팀은 Jefferson Lab JAM(Angular Momentum) 프레임워크 내에서 고에너지 산란 데이터에 대한 글로벌 양자 색역학(QCD) 분석을 수행했습니다. 연구자들은 깊은 비탄성 산란(DIS) 실험의 결과를 설명하려고 할 때 암흑 광자를 포함하는 모델이 6.5σ의 유의성에서 경쟁하는 표준 모델 가설보다 선호된다는 것을 입증했습니다.

"[DIS]는 전자, 뮤온 또는 중성미자와 같은 탐침이 양성자로부터 높은 에너지 및 운동량 전달(따라서 깊은)으로 산란되어 양성자를 여러 조각으로 분쇄하는(따라서 비탄성) 프로세스입니다."라고 Thomas는 설명합니다. "모든 조각을 합산하면 원래 양성자 내의 쿼크 운동량 분포를 결정할 수 있습니다."

Thomas는 이 실험의 결과가 파톤 분포 함수(PDF)로 설명되어 있으며, 이는 양성자의 운동량의 특정 부분으로 특정 유형의 쿼크를 찾을 확률을 제공한다고 덧붙입니다. "세계의 모든 고에너지 연구소는 현재 보유하고 있는 3,000개 이상의 데이터 포인트를 수집하고 이 작업에서 분석하는 역할을 했습니다."라고 그는 말합니다. "Jefferson Lab JAM 그룹은 그러한 데이터에서 PDF를 추출해 온 오랜 역사를 가지고 있습니다."

팀 홉스이 작업에는 참여하지 않았지만 이전에 여러 팀원과 논문을 공동 집필한 Argonne의 이론 물리학자인 는 이 연구가 "도발적"이라고 말합니다. 그는 이 작업에는 PDF와 함께 암흑 광자 가설과 같은 표준 모델(BSM)을 넘어서는 시나리오를 사용하여 양성자와 중성자 산란 데이터를 동시에 맞추는 작업이 포함되어 있다고 지적합니다. 그는 이러한 접근 방식이 "지난 몇 년 동안 관심이 높아지고 있다"고 말합니다.

실제로 Hobbs와 그의 동료들은 2023년 XNUMX월에 그가 "유사한 정신에 대한 연구"라고 부르는 것을 제작했습니다. 제트 및 톱쿼크 데이터. "기본적인 걱정은 BSM 물리학의 서명이 BSM을 독립적으로 주의 깊게 매개변수화하지 않는 전통적인 PDF 분석에서 허위로 '맞춤'될 수 있다는 것입니다."라고 그는 설명합니다. 그는 이러한 우려가 "이러한 유형의 글로벌 적합성이 더 많이 요구될 만큼 충분히 중요합니다"라고 덧붙입니다. 앞으로도 많은 후속 연구가 기대된다”고 말했다.

추가 연구 기회

Hobbs는 작업에 열광하는 동시에 작업 해석에 중요한 실제 문제인 불확실성 정량화를 지적합니다. “이것은 이 분야의 발전적 개척지 중 하나입니다.”라고 그는 말합니다. "복잡한 다중 매개변수 모델을 사용한 이론적 분석에서 일관되고 재현 가능한 불확실성에 정확히 어떻게 도달합니까?"

Hobbs는 새로운 분석에서 일반적인 것보다 불확실성에 대한 "더 공격적인 정의"를 사용했다고 덧붙였습니다. "이것은 DIS 데이터에서 추출된 어두운 광자 서명의 명백한 중요성과 PDF와의 상관 관계 정도를 높이는 데 역할을 할 수 있습니다."라고 그는 말합니다. 그는 이러한 질문과 기타 질문에 대해 더 많은 조사가 필요하다고 결론을 내렸습니다. 그리고 그는 “Hunt-Smith가 et al. 이 방향으로 더 많은 동기를 부여했습니다.”

이번 연구에 역시 참여하지 않은 Wagner는 어두운 광자의 존재가 BABAR 및 LEP와 같은 전자-양전자 실험 결과에도 영향을 미칠 수 있기 때문에 팀이 분석을 DIS로 제한한 것에 놀랐습니다. "인용된 [혼합 매개변수] 엡실론의 값은 그다지 작지 않으며 그러한 효과가 눈에 보일 것입니다."라고 그는 말합니다. BABAR 데이터의 이전 분석 그러한 암흑 광자 관련 효과는 발견되지 않았습니다. 미래의 연구에서는 입자 결합 사이의 비대칭성을 가정하도록 모델을 변경함으로써 더 많은 것을 배울 수 있다고 그는 제안합니다. 이는 모든 그러한 결합이 동일한 혼합 매개변수에 의해 제어되는 것은 아니라는 것을 의미합니다.

FASER는 LHC에서 어두운 광자를 검색하고 중성미자도 찾습니다.

Thomas는 더 많은 작업이 필요하다는 데 동의합니다. "우리의 결과는 이 입자의 존재에 대한 매우 강력하지만 간접적인 증거를 제공하므로 다른 분석에서 이를 확인하는 것이 좋을 것입니다."라고 그는 말합니다. 그는 "향후 가능한 방향 중 하나는 보다 정교한 버전의 QCD를 사용하여 결과를 연구하는 것"이라고 덧붙였습니다. "직접 실험이나 다른 반응을 통한 증거가 이상적일 것입니다." 우리는 매우 강력한 힌트를 갖고 있으며 독립적인 확인을 원합니다.”

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