|
Результаты поиска лептонных распадов темных фотонов
|
|
|
|
Темные фотоны - это гипотетические частицы, которые напоминают частицы света (т.е. фотоны), но слабо взаимодействуют с обычной материей, что делает невозможным или очень трудным их обнаружение обычными экспериментальными методами. Эти частицы являются кандидатами в темную материю, а это означает, что они могут вносить свой вклад в невидимую и неуловимую форму материи, на долю которой приходится примерно 85% массы Вселенной.
|
|
|
|
NA62 Collaboration, крупное исследовательское объединение с участием ученых из различных институтов по всему миру, опубликовало результаты нового исследования темных фотонов, в частности, их лептонных распадов. Их выводы, опубликованные в журнале Physical Review Letters, были получены путем анализа данных, собранных детектором NA62 в ЦЕРНЕ, сконфигурированным в режиме сброса луча.
|
|
|
|
"Поиски темной материи в настоящее время являются одной из самых обсуждаемых тем в сообществе физиков высоких энергий. Мы ищем слабо взаимодействующие частицы в различных установках, начиная от экспериментов на ускорителях и заканчивая настольными лабораторными установками", - рассказали Алина Клейменова и Стефан Гинеску, участники коллаборации NA62 Phys.org.
|
|
|
|
"В то время как эксперименты на БАК основаны на высокой энергии столкновений, при которой протоны разлетаются на скорости около 14 триллионов электрон-вольт, NA62, будучи экспериментом с фиксированной мишенью, фокусируется на высокоинтенсивном подходе, при котором квинтиллион (1018) протонов попадает в мишень в год. Такая интенсивность создает уникальную возможность исследовать различные редкие процессы, выходящие за рамки стандартных модельных сценариев".
|
|
|
|
|
|
|
Темные фотоны, также называемые A', относятся к числу гипотетических частиц, выходящих за рамки стандартной модели, существование которых может быть подтверждено детектором NA62. Эти частицы могут выступать в качестве посредников между известной видимой материей и темной материей.
|
|
|
|
В частности, темные фотоны могут связываться с обычной материей, поскольку они могут смешиваться с фотонами, описываемыми Стандартной моделью. Однако связь будет чрезвычайно слабой, что объясняет, почему они до сих пор не были обнаружены.
|
|
|
|
"Это слабое взаимодействие приводит к длительному сроку службы, а это означает, что в условиях NA62 A' пройдет расстояние от десятых долей сантиметров до сотен метров, прежде чем распадется", - сказали Клейменова и Гинеску.
|
|
|
|
"Теоретически, если темный фотон является самой легкой частицей темной материи и имеет массу примерно ниже 700 МэВ, он в первую очередь распадается на лептонные пары, такие как электроны или мюоны. NA62 обладает всеми необходимыми компонентами для того, чтобы иметь возможность увидеть эти признаки распада, включая очень длинную линию луча (более 80 м от цели до объема распада), точные системы отслеживания, синхронизации и идентификации частиц, а также возможность сбора этих данных практически в фоновом режиме".
|
|
|
|
Основной целью недавнего исследования, проведенного коллаборацией NA62, было изучение чувствительности детектора NA62 в ЦЕРНе к распаду темных фотонов. Анализируя данные, собранные детектором, когда он был настроен в так называемом режиме сброса, команда надеялась идентифицировать сигналы, которые могли бы быть связаны с темными фотонами.
|
|
|
|
"NA62 - это эксперимент с каоном, посвященный точным измерениям и изучению редких каоновых распадов", - пояснили авторы. "Эксперимент также может проводиться в "режиме сброса". В этом режиме мы можем удалить мишень, используемую для получения каонов, и направить протонный пучок с энергией 400 ГэВ на поглотитель с интенсивностью, вдвое превышающей обычную".
|
|
|
|
Теоретические предсказания предполагают, что взаимодействие между протонами и материалом в детекторе NA62 может привести к образованию различных частиц в скрытых секторах светового спектра с массой около 1 ГэВ, включая темные фотоны. Затем эти частицы могут перемещаться и распадаться в инструментальной области эксперимента NA62.
|
|
|
|
"То, что мы ищем в нашем анализе, - это событие только с двумя противоположно заряженными лептонными дорожками, которые образуют вершину внутри инструментальной области NA62", - сказали авторы. "Поскольку это событие должно произойти в результате столкновения протона с выбросом, мы проследили двухлептонную вершину на 80 метров назад до передней плоскости поглотителя и проверили, совместимо ли это прослеженное положение с местоположением первичной точки взаимодействия протонов".
|
|
|
|
В рамках своего недавнего исследования исследователи проанализировали выборку данных размером 1,4*10^17 протонов, собранных детектором NA62 в 2021 году. Тем временем, однако, детектор собрал дополнительные данные, и ожидается, что к концу эксперимента NA62 количество протонов достигнет примерно 10^18.
|
|
|
|
"К сожалению, мы не нашли никаких свидетельств присутствия темных фотонов, но нам удалось исключить новые области в пространстве параметров массы темных фотонов и силы взаимодействия", - заявили авторы. "Кроме того, наши результаты могут быть переосмыслены в рамках других моделей, например, с использованием частиц, подобных аксионам".
|
|
|
|
Хотя команда пока не обнаружила распады темных фотонов, их недавние результаты могут послужить основой для будущих поисков этих неуловимых частиц. Клейменова, Гинеску и их коллеги в настоящее время работают над объединением своих результатов с результатами адронного анализа конечных состояний, проведенного в рамках совместной работы.
|
|
|
|
"Эта текущая работа завершит всесторонний поиск посредников в темной материи с использованием данных, собранных NA62 в 2021 году", - добавляют авторы.
|
|
|
|
"Наша конечная цель - распространить этот анализ на весь набор данных NA62 dump. Кроме того, существует еще несколько сценариев скрытого сектора, которые могут быть исследованы NA62, например, тяжелые нейтральные лептоны (HNLS). HNL особенно интересны, потому что они могут решить несколько ключевых проблем в физике элементарных частиц и космологии, таких как происхождение масс нейтрино, асимметрия вещества и антивещества во Вселенной и природа темной материи".
|
|
|
|
Источник
|
