Физики предлагают искать темную материю с помощью темных фотонов
Тот факт, что астрофизики до сих пор не обнаружили экспериментально ни одной частицы темной материи, наводит некоторых из них на мысль, что они просто слишком массивные для существующих детекторов. Но если так, то можно попробовать уловить не сами частицы, но силу, которая позволяет им взаимодействовать. Именно в этом и заключается идея команды ученых под руководством Николаса Ханта-Смита.
Как отмечается в статье, опубликованной на сервере предварительной печати arХiv, согласно физике элементарных частиц, каждая фундаментальная сила имеет один или несколько бозонов-носителей. У электромагнетизма это фотон, у сильного взаимодействия — глюоны, у слабого — W- и Z-бозоны. Темная материя взаимодействует с привычной нам материей только гравитационно, но «внутри» у нее должен быть как минимум один бозон-носитель взаимодействия — и это «темный» фотон.
Ничего особо экзотического в их существовании нет, более того — обычные и темные фотоны должны изредка перемешиваться. Причем в отличие от фотонов видимого света, не имеющих массы покоя, темные фотоны, напротив, имели бы массу. Это означает, что они будут очень быстро распадаться на другие частицы, но именно этот распад (а точнее, его влияние на частицы вокруг) ученые и должны успеть зафиксировать.
Авторы проанализировали модель темных фотонов в два этапа. Первый заключается в использовании экспериментальных данных для ограничения их физических параметров, таких как масса и пропорция смешения с обычными. Второй предполагает сравнение квантовых симуляций с темными фотонами и без них с ключевыми результатами экспериментов.
По итогам исследования было показано, что элементарные процессы с участием темного фотона становятся более стройными и непротиворечивыми, чем стандартная модель. Особенно заметно это на примере аномального магнитного момента мюона.
Мюон — это более тяжелый «брат» электрона, обладающий электрическим зарядом и, следовательно, магнитным моментом, обозначаемым как g–2. Эта величина является одним из наиболее точно измеряемых значений в физике элементарных частиц и экспериментально определена как 0,00233184121. Между тем теоретические расчеты показывают, что g-2 = 0,00233183620.
Этот парадокс известен как аномалия g-2 и не объясняется стандартной моделью. Но если учесть взаимодействия темных фотонов, теоретический результат сразу же становится g-2 = 0,00233183939, что значительно ближе к экспериментальным данным. В целом модель темных фотонов предпочтительнее стандартной модели при 6,5 сигма, что является очень сильным результатом.
Впрочем, как подчеркивают сами ученые, этого все еще недостаточно, чтобы доказать реальность существования темных фотонов. Однако нынешнее исследование по крайней мере показывает, что они не исключены как возможность.
