fotón oscuro. Buscando lo invisible
Un fotón es una partícula elemental asociada con la luz. Sin embargo, durante aproximadamente una década, algunos científicos creyeron que existía lo que ellos llaman un fotón oscuro u oscuro. Para una persona común, tal formulación parece ser una contradicción en sí misma. Para los físicos esto tiene sentido porque, en su opinión, conduce a desentrañar el misterio de la materia oscura.
Nuevos análisis de datos de experimentos con aceleradores, principalmente resultados Detector BaBarMuéstrame donde fotón oscuro no está oculto, es decir, excluye zonas donde no se encontró. El experimento BaBar, que se desarrolló entre 1999 y 2008 en SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) en Menlo Park, California, recopiló datos de colisiones de electrones con positrones, antipartículas electrónicas cargadas positivamente. La parte principal del experimento, llamada PKP-II, se realizó en colaboración con SLAC, Berkeley Lab y Lawrence Livermore National Laboratory. Más de 630 físicos de trece países colaboraron en BaBar en su apogeo.
El último análisis utilizó alrededor del 10% de los datos de BaBar registrados en sus últimos dos años de operación. La investigación se ha centrado en encontrar partículas no incluidas en el modelo estándar de la física. El gráfico resultante muestra el área de búsqueda (verde) explorada en el análisis de datos BaBar donde no se encontraron fotones oscuros. El gráfico también muestra áreas de búsqueda para otros experimentos. La barra roja muestra el área para verificar si los fotones oscuros causan los llamados anomalía g-2y los campos blancos permanecieron sin examinar por la presencia de fotones oscuros. El gráfico también tiene en cuenta experimento NA64hecho en el CERN.
Una fotografía. Maximiliano Bris/CERN
Como un fotón ordinario, un fotón oscuro transferirá fuerza electromagnética entre partículas de materia oscura. También podría mostrar un vínculo potencialmente débil con la materia ordinaria, lo que significa que los fotones oscuros podrían producirse en colisiones de alta energía. Las búsquedas anteriores no han podido encontrar rastros de él, pero generalmente se ha asumido que los fotones oscuros se descomponen en electrones u otras partículas visibles.
Para un nuevo estudio en BaBar, se consideró un escenario en el que un fotón negro se forma como un fotón ordinario en una colisión electrón-positrón y luego se desintegra en partículas oscuras de materia invisibles para el detector. En este caso, sería posible detectar solo una partícula: un fotón ordinario que lleva una cierta cantidad de energía. Entonces, el equipo buscó eventos de energía específicos que coincidieran con la masa del fotón oscuro. No encontró tal éxito en las masas de 8 GeV.
Yuri Kolomensky, físico nuclear del Laboratorio de Berkeley y miembro del Departamento de Física de la Universidad de California, Berkeley, dijo en un comunicado de prensa que "la firma de un fotón oscuro en el detector será tan simple como uno alto". fotón de energía y ninguna otra actividad". Un solo fotón emitido por una partícula de haz indicaría que un electrón colisionó con un positrón y que el fotón oscuro invisible se había desintegrado en partículas oscuras de materia, invisibles para el detector, manifestándose en ausencia de cualquier otra energía acompañante.
También se postula que el fotón oscuro explica la discrepancia entre las propiedades observadas del espín del muón y el valor predicho por el modelo estándar. El objetivo es medir esta propiedad con la mayor precisión conocida. experimento de muones g-2realizado en el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi. Como dijo Kolomensky, los análisis recientes de los resultados del experimento BaBar en gran medida "descartan la posibilidad de explicar la anomalía g-2 en términos de fotones oscuros, pero también significa que algo más está impulsando la anomalía g-2".
El fotón oscuro fue propuesto por primera vez en 2008 por Lottie Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll y Mark Kamionkowski para explicar la "anomalía g-2" en el experimento E821 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven.
portal oscuro
El mencionado experimento del CERN denominado NA64, realizado en los últimos años, tampoco logró detectar los fenómenos que acompañan a los fotones oscuros. Según un artículo de "Physical Review Letters", después de analizar los datos, los físicos de Ginebra no pudieron encontrar fotones oscuros con masas entre 10 GeV y 70 GeV.
Sin embargo, al comentar sobre estos resultados, James Beecham del experimento ATLAS expresó su esperanza de que el primer fracaso alentaría a los equipos competidores de ATLAS y CMS a seguir buscando.
Beecham comentó en Physical Review Letters. -
Un experimento similar a BaBar en Japón se llama Campana IIque se espera que proporcione cien veces más datos que BaBar.
Según la hipótesis de científicos del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur, el inquietante misterio de la relación entre la materia ordinaria y la oscuridad se puede explicar utilizando un modelo de portal conocido como "portal de axión oscuro ». Se basa en dos partículas hipotéticas del sector oscuro, el axión y el fotón oscuro. El portal, como sugiere su nombre, es una transición entre la materia oscura y la física desconocida y lo que sabemos y entendemos. Conectando estos dos mundos hay un fotón oscuro que está del otro lado, pero los físicos dicen que se puede detectar con nuestros instrumentos.
Vídeo sobre el experimento NA64:
A la caza del misterioso fotón oscuro: el experimento NA64
