В поисках частиц темной материи существует два основных подхода. Первый — искать частицы, которые естественным образом распадаются при прохождении мимо. Обычно это касается нейтринных обсерваторий, таких как IceCube, где частица темной материи, сталкивающаяся с ядрами, может вызвать слабую вспышку света. Пока это ничего не дало. Второй подход — сталкивать частицы вместе в ускорителе частиц. Этот подход также не смог найти частицы темной материи, но было достаточно интересных намеков на то, что ЦЕРН пытается это сделать. Их последняя попытка направлена на поиск так называемых темных фотонов.
Темные фотоны являются частью некоторых обобщений стандартной модели физики элементарных частиц. Идея состоит в том, что если темная материя существует, то это должна быть какая-то совершенно новая форма материи из кварков и лептонов, составляющих протоны, нейтроны и электроны обычной материи. И если темная материя может взаимодействовать сама с собой, то у нее должен быть бозон-носитель силы, точно так же, как фотоны позволяют зарядам взаимодействовать, а сильное взаимодействие имеет глюоны, удерживающие ядра вместе. Гипотетические носители силы темной материи называются темными фотонами.
В стандартной модели электромагнитное и слабое взаимодействия связаны между собой, поэтому фотоны связаны с радиоактивным распадом. В обобщенной модели темные фотоны имеют аналогичную связь, поэтому они должны влиять на распад некоторых частиц, например мюонов. Темные фотоны также должны влиять на магнитный момент мюона, и ранее в этом году исследование предположило именно такой эффект.
Этот последний запуск Большого адронного коллайдера является третьим запуском эксперимента с компактным мюонным соленоидом (CMS). Он начался в июле 2022 года и ищет эффект, известный как смещенные мюоны. Здесь видно, что мюоны приходят из общей области столкновения частиц высоких энергий, а не из самой точки столкновения. Это могло быть связано с тем, что первоначальное столкновение породило темные фотоны, не обнаруживаемые CMS, которые затем распались на обнаруживаемые мюоны.
Первоначальные данные этого эксперимента не обнаружили подобных событий, а это означает, что до сих пор не было никаких доказательств существования темных фотонов. Дальнейшие наблюдения могут что-то обнаружить, но если они этого не сделают, результаты наложат дополнительные ограничения на существование темных фотонов. Это по-прежнему характерно для темной материи. Косвенные доказательства этого хороши, но прямых доказательств по-прежнему не хватает. На данный момент все, что мы можем сделать, — это продолжать исследования, подобные этому, в надежде, что мы найдем больше ключей к разгадке этой тайны.
Ссылка: Тумасян, Армен и др. «Поиск долгоживущих частиц, распадающихся на пару мюонов в протон-протонных столкновениях на sqrt[s] = 13 ТэВ». Журнал физики высоких энергий 2023.5 (2023): 1-58.
