У пошуках частинок темної матерії є два основних підходи. По-перше, шукати частинки, які розпадаються природним шляхом, коли вони проходять крізь речовину. Зазвичай це стосується нейтринних обсерваторій, таких як IceCube, де частинка темної матерії, стикаючись із ядрами, може спричинити слабкий спалах світла. Поки це нічого не дало. Другий підхід полягає в зіткненні частинок у прискорювачі частинок. Цей підхід також не дав змоги знайти частинки темної матерії, але було достатньо цікавих натяків на те, що CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) має з цим справу. Останній запуск Великого адронного колайдера спрямований на пошук так званих темних фотонів.
Темні фотони є складовою деяких узагальнень стандартної моделі фізики елементарних частинок. Ідея полягає в тому, що якщо темна матерія існує, це має бути якась абсолютно нова форма матерії з кварків і лептонів, які утворюють протони, нейтрони та електрони звичайної матерії. І якщо темна матерія може взаємодіяти сама з собою, тоді вона мусить мати бозон — носій сили, так само як фотони уможливлюють взаємодію зарядів, а сильна взаємодія має глюони, щоб утримувати ядра разом. Гіпотетичні носії сили темної матерії називають темними фотонами.
У стандартній моделі електромагнітна та слабка взаємодії пов’язані, тому фотони беруть участь в радіоактивному розпаді. В узагальненій моделі темні фотони мають подібний зв’язок, тому вони мають впливати на розпад певних частинок, таких як мюони. Темні фотони також мають впливати на магнітний момент мюона, і результати дослідження, оприлюднені на початку цього року, припускають саме такий ефект.
Гіпотетична взаємодія темних фотонів. Авторські права на зображення: APS/Алан Стоунбрейкер (Alan Stonebraker). Фото з сайту www.universetoday.com.
Цей останній запуск Великого адронного колайдера є третім запуском експерименту Compact Muon Solenoid (CMS). Його розпочато в липні 2022 р. з метою пошуку ефекту, відомого як зміщені мюонии (displaced muons). Ідеться про мюони, що надходять із загальної області зіткнення частинок високої енергії, але не з точки самого зіткнення. Це було б пов’язано з тим, що початкове зіткнення породило темні фотони. Їх CMS не виявляє, але вони потім розпалися на мюони, які можна виявити.
Дані, отримані на початку нового циклу експерименту, не вказують на такі події, тобто досі немає доказів існування темних фотонів. Подальші зусилля можуть дати змогу щось знайти, але якщо цього не буде, результати накладуть додаткові обмеження на існування темних фотонів. Це буде в руслі закономірності з темною матерією. Непрямі докази її існування хороші, але прямих все ще бракує. Наразі все, що можуть зробити науковці, це продовжувати дослідження, схожі на експеримент CMS, в надії, що вони знайдуть більше підказок для вирішення цієї таємниці.
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
