Учёные серьёзно рассматривают теневую форму света, состоящего из гипотетических частиц, в качестве объяснения природы тёмной материи.
Согласно новому всестороннему анализу из области квантовой хромодинамики, т.н. «тёмный фотон» гораздо лучше соответствует наблюдаемым результатам экспериментов на коллайдерах, чем Стандартная модель физики частиц, причём с довольно большим отрывом. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of High Energy Physics.
Фактически, группа исследователей под руководством физика Николаса Хант-Смита из Центра передового опыта ARC по физике частиц тёмной материи и Университета Аделаиды (Австралия) рассчитала уровень доверия их теории в 6,5 сигма, что означает, что вероятность того, что тёмные фотоны не объясняют результаты наблюдений, составляет один к миллиарду.
"Существование тёмной материи было твёрдо установлено на основе её гравитационных взаимодействий, однако её точная природа продолжает ускользать от нас, несмотря на все усилия физиков всего мира, — говорит Энтони Томас, физик из Университета Аделаиды. — Ключ к пониманию этой загадки может дать тёмный фотон — теоретическая массивная частица, которая может служить порталом между тёмным сектором частиц и обычной материей".
Тёмная материя — одна из величайших загадок Вселенной. Мы не знаем, что это такое, но она точно существует и оказывает гравитационное воздействие на обычную материю. Галактики вращаются быстрее, чем должны были бы, если бы они были заполнены только обычными частицами. Путь света вокруг массивных объектов искривляется сильнее, чем должен, если бы на него действовала гравитация, создаваемая лишь обычной материей.
Существует множество кандидатов на тёмную материю, но нам ещё предстоит её идентифицировать. И Стандартная модель здесь ничем не поможет. Она прекрасно подходит для физики частиц обычной материи, но пока не может дать объяснение тёмной материи. Один из вариантов — гипотетические тёмные фотоны. Подобно тому, как обычные фотоны являются носителем силы электромагнетизма — света, тёмные фотоны могут быть связаны с тёмной материей.
Хант-Смит и его коллеги из Университета Аделаиды и Лаборатории Джефферсона в США исследовали продукты столкновений частиц в поисках доказательств существования этих неуловимых частиц.
"В нашем последнем исследовании, — говорит Томас, — мы изучаем потенциальное влияние тёмного фотона на весь набор экспериментальных результатов, полученных в процессе глубокого неупругого рассеяния". Под глубоким неупругим рассеянием понимается особый способ рассеяния частиц после высокоэнергетического столкновения. Используя данные, полученные на нескольких коллайдерах, исследователи изучили возможность того, что тёмные фотоны играют роль в том, как частицы разлетаются после столкновения.
Кроме того, исследователи рассмотрели и такую проблему Стандартной модели, как аномальный магнитный момент мюона. Измерения того, как мюон завихряется в сильном магнитном поле, расходятся с предсказаниями стандартной модели на 3-4 стандартных отклонения, что указывает на присутствие ещё не изученных сил.
Они обнаружили, что введение возможности существования тёмного фотона значительно уменьшает магнитную аномалию мюона. "Мы использовали современную систему глобального анализа функции распределения партонов в Лаборатории Джефферсона (JAM), модифицировав теорию, чтобы допустить возможность существования тёмного фотона, — говорит Томас. — Наша работа показывает, что гипотеза тёмного фотона предпочтительнее гипотезы стандартной модели при значимости 6,5 сигма, что является свидетельством открытия частицы".
