Что такое «темные фотоны» и почему физики снова начали их искать

За последнее время количество информации о свойствах и строении элементарных частиц, из которых состоит вся наша Вселенная, значительно возросло. Это позволило ученым узнать больше об устройстве нашего мира. Однако одна вещь до сих пор не дает им покоя: темная материя. Ее наличие подтверждается теоретическими расчетами и даже имеются некоторые данные о том, что она действительно должна существовать. Но «увидеть» элементарную частицу, из которой состоит темная материя пока так и не удалось. Однако физики ЦЕРН (Европейской организации по ядерным исследованиям) предполагают, что «основой» темной материи должен быть, так называемый, «темный фотон». И ученые приступили к его поискам.

Темная материя называется так совсем не от того, что она черного цвета. Это абстрактное понятие, которое говорит о том, что эта форма материи не испускает электромагнитного излучения. То есть, говоря простым языком, частицы, из которых она состоит, не фиксируются никакими существующими средствами визуального наблюдения. Предположения о существовании темной материи сделаны на основании многочисленных расчетов и наблюдений за астрофизическими объектами по создаваемым ими гравитационным эффектам. Грубо говоря, если «уложить» в поведение объекта все известные и видимые нам элементарные частицы, «чего-то будет не хватать». И это «что-то», не видимое нам, но оказывающее гравитационные эффекты, и назвали темной материей.

Именно этим вопросом физики ЦЕРН задаются уже много лет подряд. Одна из гипотез заключается в том, что темная материя состоит из элементов, которые взаимодействуют друг с другом и с видимой частью материи через частицы под названием «темные фотоны». «Темные фотоны» для темной материи являются тем же, чем обычные фотоны являются в реальном мире — элементарными частицами. Только вот их мы увидеть не можем.

Однако в рамках серии экспериментов NA64 в 2016 – 2018 годах ученые попытались подтвердить гипотезы о существовании темных фотонов. В ходе тех тестов в суперпротонном ускорителе (SPS) происходил взрыв пучка энергии. Предполагалось, что темный фотон можно было обнаружить по энергии, которую он «забирает себе» после взрыва. Тогда ничего конкретного узнать не удалось, но сейчас, проанализировав имеющиеся данные, ученые пришли к выводу, что темные фотоны могут иметь гораздо более слабую силу взаимодействия с материей, чем предполагалось. Грубо говоря, темный фотон должен «забирать» в несколько тысяч раз меньше энергии при взрыве, а ученые просто «искали его на других частотах». Поэтому сейчас физики ЦЕРН намерены повторить серию экспериментов, используя более высокоточные приборы.