暗光子可以解释高能散射数据 – 物理世界

国际物理学家团队进行的一项新分析表明，暗光子（携带与暗物质相关的力的假设粒子）可以解释高能散射实验中的某些数据。 该分析由 尼古拉斯·亨特·史密斯 和同事 阿德莱德大学澳大利亚的一项研究可能会给人们带来对暗物质本质的新见解，尽管宇宙学的标准模型表明暗物质约占宇宙质量的 85%，但暗物质仍然是一个谜。

暗物质因其不吸收、反射或发射电磁辐射而得名。 这使得在实验室中检测它变得极其困难，到目前为止，所有这样做的尝试都徒劳无功。 “除了描述我们所熟悉的所有物质的标准模型之外，还没有见过任何粒子，”说 Anthony Thomas是阿德莱德的物理学家，也是该分析的合著者，该分析发表在 高能物理杂志。 “我们不知道暗物质是什么，尽管它似乎超出了标准模型粒子（或多个粒子）。”

暗光子假说

尽管人们对暗物质了解甚少，但考虑到星系所含有的可见物质的数量，它仍然是解释为什么星系旋转得比应有的速度快的主要解释。 但是，尽管我们可以观察到暗物质与宇宙的相互作用，但这些相互作用的机制尚不清楚。 根据 卡洛斯瓦格纳，一位粒子物理学家 阿贡国家实验室高能物理 (HEP) 部门 和一位教授 University of Chicago 和 恩里科费米研究所，暗光子是一种可能性。

“这个故事是这样的：可能还有一个额外的 暗区，暗物质所在的地方，与普通扇区的耦合很弱——在这种情况下，通过规范玻色子、暗光子与普通中性规范玻色子的混合，”瓦格纳在谈到光子 W 和 Z 时说道。携带电磁力和弱力的玻色子。 “这样的规范玻色子可能以一种相关的方式与暗物质耦合，并且一般来说，与假设的暗区耦合。”

“具有挑衅性”的结果

在最新的研究中，阿德莱德领导的团队（其中还包括美国弗吉尼亚州杰斐逊实验室的研究人员）在杰斐逊实验室角动量（JAM）框架内对高能散射数据进行了全局量子色动力学（QCD）分析。 研究人员证明，当他们试图解释深度非弹性散射 (DIS) 实验的结果时，包含暗光子的模型比竞争标准模型假设更受青睐，其显着性为 6.5σ。

“[DIS] 是一个过程，其中像电子、μ子或中微子这样的探针从质子中散射，具有如此高的能量和动量转移（因此很深），从而将质子粉碎成碎片（因此是无弹性的），”托马斯解释道。 “如果将所有部分相加，就可以确定原始质子内夸克动量的分布。”

托马斯补充说，这个实验的结果是用部分子分布函数（PDF）来描述的，它给出了在给定的质子动量分数下找到特定类型夸克的概率。 “世界上所有高能实验室都在获取我们目前拥有的 3,000 多个数据点方面发挥了作用，并在这项工作中进行了分析，”他说。 “Jefferson Lab JAM 小组在从此类数据中提取 PDF 方面有着悠久的历史。”

蒂姆·霍布斯阿贡国家实验室的理论物理学家并未参与这项工作，但之前曾与该团队的几位成员共同撰写过论文，他称这项研究“具有挑衅性”。 他指出，这项工作涉及同时将质子和中子散射数据与超出标准模型 (BSM) 的场景进行拟合，例如暗光子假设和 PDF。 他说，这种方法“在过去几年中越来越受到人们的关注”。

事实上，霍布斯和他的合作者在 2023 年 XNUMX 月进行了他所谓的“类似精神的研究”，重点关注 喷流和顶夸克数据。 “基本的担忧是，BSM 物理特征可能会在传统 PDF 分析中被虚假‘拟合’，而传统 PDF 分析并没有仔细独立地对 BSM 进行参数化，”他解释道。 他补充道，这种担忧“非常严重，因此需要进行更多此类的全球性调整。” 我非常期待未来的许多后续研究。”

进一步研究的机会

在对这项工作充满热情的同时，霍布斯指出了一个对其解释至关重要的实际问题：不确定性量化。 “这是该领域的发展前沿之一，”他说。 “如何利用复杂的多参数模型在理论分析中获得一致的、可重现的不确定性？”

霍布斯补充说，新的分析使用了他所说的比典型的“更激进的定义”不确定性。 他说：“这可能有助于提高从 DIS 数据中提取的暗光子特征的明显意义，以及与 PDF 的相关程度。” 他总结道，这些问题和其他问题需要更多调查，他“很高兴亨特史密斯 et al. 为这个方向提供了进一步的动力”。

瓦格纳也没有参与这项研究，他对研究小组将其分析限制在 DIS 上感到惊讶，因为暗光子的存在也会影响 BABAR 和 LEP 等正负电子实验的结果。 “引用的[混合参数] epsilon 值并不是很小，这样的效果应该是可见的，”他说，并指出 之前对BABAR数据的分析 没有发现这种与暗光子相关的效应。 他建议，未来的研究可以通过改变模型来假设粒子耦合之间的不对称性来了解更多信息，这意味着并非所有此类耦合都受相同的混合参数控制。

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托马斯同意需要做更多的工作。 “由于我们的结果提供了极其有力但间接的证据证明这种粒子的存在，因此如果能在其他分析中得到证实那就太好了，”他说。 他补充说，未来一个可能的方向是使用更复杂的 QCD 版本来研究结果，不过他补充说，“直接实验或其他反应中的证据将是理想的。” 我们有一个非常强烈的暗示，并希望看到独立的确认。”

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