Поиск тёмных фотонов на Большом адронном коллайдере пока проходит безрезультатно, однако уже наложил новые ограничения на силу связи этих гипотетических частиц с электромагнитными полями. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Проблема тёмного вещества — одна из фундаментальных в современной физике. По самой распространённой гипотезе оно состоит из неизвестных пока частиц, очень слабо взаимодействующих с электромагнитным полем, — и потому практически не испускающих света. Но тёмное вещество может представлять собой целую новую вселенную, в которой действуют силы, аналогичные силам в знакомом нам мире. В таком случае для переносчиков электромагнитного излучения — фотонов — в «тёмном мире» может существовать аналог, который называют тёмным фотоном.
Такие частицы появляются во многих теориях, расширяющих Стандартную модель элементарных частиц, и в значительной их части тёмный фотон в отличие от фотона обычного обладает значительной массой. Кроме того, есть вероятность, что между «нашим» и тёмным фотонами может существовать небольшое взаимодействие.
В этом случае, согласно теории, тёмные фотоны могут изредка появляться при столкновении обычных частиц, например, протонов. Время их жизни будет невелико, но можно пытаться их засечь по рождающимся в результате их распада частицам. Именно этим занимались на Большом адронном коллайдере. Учёные искали в его данных, полученных в 2016 году, следы мюон-антимюонных пар, рождённых при распаде тёмных фотонов.
Признаков подобного процесса, однако, обнаружено не было. Это позволило учёным усилить существовавшие ограничения на силу электромагнитного взаимодействия тёмных фотонов с массой от 10,6 до 70 ГэВ, а также получить первые подобные ограничения для тёмных фотонов с массой от 214 до 350 МэВ.
Анализ результатов, полученных в 2017 году, который уже идёт, должен дать ограничения для тёмных фотонов ещё меньшей массы, а к 2021 году учёные надеются увеличить чувствительность анализа как минимум в 100 раз.