Для начала следует объяснить, что такое тёмный фотон.
Темные фотоны — это гипотетические частицы, которые предсказываются некоторыми физическими теориями, выходящими за рамки стандартной модели. Считается, что эти частицы очень слабо взаимодействуют с обычным веществом, и поэтому их трудно обнаружить с помощью обычных экспериментальных методов.
Основная идея этих предложений заключается в поиске влияния темных фотонов на поляризацию радиоволн, исходящих от удаленных источников. Предсказано, что темные фотоны будут иметь очень маленькую массу, а это означает, что они будут иметь большую длину волны и, соответственно, низкую частоту. Что затрудняет использование радиотелескопов для их обнаружения, так как они работают на высоких частотах.
Одно из предложений по обнаружению темных фотонов с помощью радиотелескопов включает использование специализированного приемника, чувствительного к низкочастотным радиоволнам, возникающим при взаимодействии темных фотонов с космическим микроволновым фоновым излучением.
Другое предложение включает в себя поиск изменений в поляризации радиоволн, исходящих от далеких галактик, которые могут быть вызваны взаимодействием темных фотонов с магнитными полями в этих галактиках.
Какие попытки обнаружения темных фотонов предпринимаются?
В настоящее время предпринимаются несколько экспериментальных попыток обнаружить темные фотоны с использованием радиотелескопов и других экспериментальных методов. Некоторые из этих усилий включают:
- Радиотелескоп темной энергии (DERT) — это предлагаемый радиотелескоп, специально разработанный для поиска темных фотонов. Он будет работать в диапазоне частот 100-200 МГц и будет чувствителен к низкочастотным радиоволнам, возникающим при взаимодействии темных фотонов с космическим микроволновым фоновым излучением.
- Эксперимент DarkLight: основан на Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона и предназначен для поиска темных фотонов с использованием высокоинтенсивного электронного луча. Электроны будут стрелять по мишени из вольфрама, которая будет производить темные фотоны, если они существуют. Затем в эксперименте будет использоваться детектор для поиска распада этих темных фотонов на обычные частицы.
- Эксперимент FUNK: Поиск невидимых новых видов частиц. Проводится в Институте Пауля Шеррера в Швейцарии и предназначен для поиска темных фотонов с помощью протонного пучка. Протоны будут выпущены по мишени из кремния, которая будет производить темные фотоны, если они существуют. Затем в эксперименте будет использоваться детектор для поиска распада этих темных фотонов на обычные частицы.
- Эксперимент ABRACADABRA: широкополосный/резонансный подход к обнаружению космических аксионов с помощью кольцевого аппарата с усиливающим B-полем проводится в Массачусетском технологическом институте и предназначен для поиска темных фотонов и других аксионоподобных частиц с использованием резонатор и сильного магнитного поля. Эксперимент будет направлен на преобразование темных фотонов в обычные в присутствии магнитного поля.
- Эксперимент по прецессии космического аксиона CASPEr: проводится в Йельском университете и предназначен для поиска аксионоподобных частиц, включая темные фотоны, с использованием методов ядерного магнитного резонанса. Эксперимент будет искать прецессию ядерных спинов в присутствии внешнего магнитного поля и аксионоподобного поля частиц.
Отдельно хотелось бы упомянуть достижение китайских физиков и астрономов
Хайпэн Ань из Университета Цинхуа в Китае и его коллеги предполагают, что можно обнаружить темные фотоны посредством их взаимодействия со свободными электронами в радиотелескопах. Используя данные сферического телескопа с пятисотметровой апертурой (FAST) в Китае, Ан и его коллеги установили верхний предел вероятности таких взаимодействий.
В тарельчатых радиотелескопах, таких как FAST, поступающие радиоволны возбуждают колебания свободных электронов в тарелке, генерируя отраженный сигнал, который улавливается центральным приемником телескопа. Если темные фотоны взаимодействуют со свободными электронами в тарелке посредством кинетического перемешивания, они также должны генерировать электромагнитные волны с частотой, зависящей от массы темных фотонов.
В принципе, сигнатура этого взаимодействия должна обнаруживаться в общем радиосигнале, принимаемом телескопом. Ан и его коллеги искали признаки кинетического смешивания среди наблюдений, сделанных FAST в диапазоне частот 1–1,5 ГГц. Не найдя такой сигнатуры, они вычисляют, что безразмерная величина ϵ, которая количественно определяет скорость кинетического перемешивания, не превышает 10-12.
Помимо использования существующих данных FAST, исследователи спрогнозировали чувствительность для обнаружения темных фотонов с использованием низкочастотной решетки в Европе и готовящейся решетки квадратных километров в Австралии и Южной Африке. Затем они намерены проанализировать данные космических радиотелескопов, которые чувствительны к сигналам, вызванным темными фотонами, на частотах ниже тех, которые доступны для наземных радиотелескопов.
Эти экспериментальные усилия все еще находятся на ранних стадиях, и еще неясно, удастся ли каким-либо из них обнаружить темные фотоны. Однако они представляют собой важный шаг вперед в наших усилиях по пониманию природы темной материи и фундаментальных законов физики.
Подписывайтесь на мой канал, будет много интересной информации.
