Експеримент NA64 – полювання на таємничі темні фотони

Устаткування експерименту NA64 виробляє пошуки взаємодії звичайної і темної матерії за допомогою одного з головних фізичних законів – закону збереження енергії.

Однією з найбільших загадок сучасної фізики – це те, що близько 85 відсотків матерії в нашому Всесвіті є темною матерією, яка не взаємодіє ні зі звичайною матерією, ні з електромагнітними хвилями, в тому числі і фотонами світла. Через це темну матерію неможливо побачити навіть за допомогою найчутливіших наукових інструментів, єдиним проявом є її гравітація, яка впливає на зірки, галактики і світло, який мандрує в космосі на величезні відстані.

Згідно з деякими наявними теоріями, темна матерія, крім власної гравітації, може впливати на звичайну матерію через деякий новий вид фундаментальних сил, який поки ще невідомий ученим. За аналогією з фотоном світла, який є одночасно і часткою, і квантом електромагнітного випромінювання, повинен існувати носій цих невідомих сил, так званий темний фотон, який може виступати в ролі “посередника” при взаємодії звичайної і темної матерії.

“Двоє людей, що говорять на різних мовах, навряд чи зможуть домовитися про що-небудь. Однак їх діалог може бути продуктивний за допомогою третьої людини – перекладача, який однаково добре говорить на обох мовах “- розповідає Сергій Гниненко, вчений, що працює в рамках експерименту Європейської організації ядерних досліджень CERN під назвою NA64, – “і в даному випадку темний фотон, що розуміє” мову “різних законів фізики, може виступити в якості посередника між звичайною і темною матерією”.

Пучок електронів, розігнаних строго до певної енергії, націлений на поверхню датчика. Під час зіткнень електронів з ядрами атомів матеріалу датчика виникають фотони світла і проводять виміри енергії цих фотонів. Відповідно до закону збереження енергії, енергія фотонів повинна дорівнювати енергії електронів. Однак, якщо в процесі зіткнення будуть “народжені” темні фотони, то вони понесуть з собою на “темну сторону” частина енергії електронів, що буде зареєстровано високочутливим датчиком.

Таким чином, “підписом” темних фотонів стане деяка кількість якої бракує енергії, яку неможливо пояснити процесами, в яких беруть участь звичайні частинки. Однак, якщо витік енергії на “темну сторону” все ж буде зареєстрована, це ще не стане прямим доказом існування темних фотонів, а буде лише великим натяком на можливість їх існування. Але як би там не було, що збираються в ході експерименту NA64 дані можуть забезпечити прорив в розумінні природи таємничої темної матерії.