Temné fotony by mohly vysvětlit jednu z největších záhad vesmíru

O stínové formě světla ve vesmíru hypotetických částic se začíná vážně uvažovat jako o prostředku k odhalení identity temné hmoty. Podle nové komplexní analýzy v rámci kvantové chromodynamiky temný foton mnohem lépe odpovídá pozorovaným výsledkům experimentů na urychlovačích částic než standardní model částicové fyziky, a to s poměrně velkým odstupem.

Tým vědců pod vedením fyzika Nicholase Hunta-Smithe z Centra excelence pro fyziku částic temné hmoty ARC a australské Univerzity v Adelaide vypočítal hladinu spolehlivosti 6,5 sigma, což naznačuje, že pravděpodobnost, že temné fotony nevysvětlují pozorování, je jedna ku miliardě.

„Existence temné hmoty byla pevně prokázána na základě jejích gravitačních interakcí, avšak její přesná povaha nám i přes veškeré úsilí fyziků z celého světa stále uniká,“ říká Anthony Thomas, fyzik z University of Adelaide.

„Klíčem k pochopení této záhady by mohl být temný foton, teoretická hmotná částice, která může sloužit jako brána mezi temným sektorem částic a běžnou hmotou.“

Temná hmota je jednou z největších záhad vesmíru. Nevíme, co to je, ale existuje něco, co gravitačně působí na normální hmotu. Galaxie rotují rychleji, než by měly, kdyby byly jen napěchované normálními částicemi. Dráha světla se kolem masivních objektů ohýbá výrazněji, než by měla, jen na základě gravitace vytvářené normální hmotou.

Existuje řada kandidátů na temnou hmotu, ale zatím se nám ji nepodařilo identifikovat. A standardní model nám v tom opravdu nepomůže. Je skvělý pro fyziku částic normální hmoty, ale zatím nedokázal poskytnout vysvětlení pro temnou hmotu.

Jednou z možností je, že se na tom nějakým způsobem podílejí hypotetické temné fotony. Stejně jako jsou normální fotony nositelem síly pro elektromagnetismus – světlo – mohly by být temné fotony spojeny s temnou hmotou.

Hunt-Smith a jeho kolegové z University of Adelaide a Jeffersonovy laboratoře v USA zkoumali produkty srážek částic a hledali důkazy těchto nepolapitelných částic. „V naší nejnovější studii,“ říká Thomas, „zkoumáme potenciální vliv, který by temný foton mohl mít na kompletní soubor experimentálních výsledků z procesu hlubokého nepružného rozptylu.“

Hluboký nepružný rozptyl označuje specifický způsob, jakým se mohou částice rozptýlit po srážce s vysokou energií. Na základě údajů z řady urychlovačů částic vědci zkoumali možnost, že temné fotony hrají jemnou roli ve způsobu, jakým se částice po srážce rozptylují.

Zahrnuli také zvláštní trn v oku standardního modelu, mionovou magnetickou anomálii. Měření způsobu, jakým se mion chvěje v silném magnetickém poli, se rozchází s předpověďmi standardního modelu o 3 až 4 standardní odchylky, což naznačuje aktivitu sil, které je třeba ještě prozkoumat.

Zjistili, že zavedení možnosti temného fotonu nejenže zvyšuje preferenci temného fotonu jako kandidáta, ale také výrazně snižuje mionovou magnetickou anomálii.

„Využili jsme nejmodernějšího rámce globální analýzy partonové distribuční funkce Jeffersonovy laboratoře (Jefferson Lab Angular Momentum, JAM) a upravili základní teorii tak, aby umožňovala možnost existence temného fotonu,“ říká Thomas. „Naše práce ukazuje, že hypotéza temného fotonu je upřednostňována před hypotézou standardního modelu s významností 6,5 sigma, což představuje důkaz objevu částice.“

Přestože nás čeká ještě značná práce, než budeme moci tvrdit, že temné fotony existují, vědci doufají, že jejich výsledky přesvědčí další badatele zabývající se anomáliemi, aby si ověřili své součty pro světelné paprsky mimo standardní model.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: link.springer.com,