Fizycy mogą mieć pierwsze eksperymentalne dowody na nowy typ ciemnego bozonu

Dwa eksperymenty poszukujące szeptu cząstki, która zapobiega rozlokowaniu się całych galaktyk, niedawno opublikowały sprzeczne wyniki. Jeden wyszedł z pustymi rękami, a drugi daje nam wszelkie powody do dalszych poszukiwań.

Ciemny bozony są Ciemna materia kandydaci bazujący na cząstkach przenoszących siły, które tak naprawdę nie mają dużej siły.

W przeciwieństwie do bozonów, które lepiej znamy, takich jak fotony, które wiążą cząsteczki i gluony, które trzymają razem jądra atomowe, wymiana ciemnych bozonów ledwo wpłynęłaby na ich bezpośrednie otoczenie.

Z drugiej strony, gdyby istniały, ich zbiorowa energia mogłaby być odpowiedzialna za tworzenie ciemnej materii – brakującej masy, która zapewnia dodatkową grawitację potrzebną do utrzymania naszego Wszechświata gwiazd w ich znanych formacjach.

Niestety obecność takich bozonów byłaby prawie tak wykrywalna, jak szmer podczas burzy. Jednak dla fizyka szmer może być wystarczający, aby nadal był zauważalny, biorąc pod uwagę odpowiedni rodzaj eksperymentu.

Te dwa badania – jedno prowadzone przez naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT), a drugie przez Aarhus University w Danii – dotyczyły subtelnych różnic w położeniu elektronu w izotopie, gdy przeskakiwał on między poziomami energii. Gdyby się kołysał, może to być charakterystyczny znak szturchnięcia ciemnego bozonu.

Teoretycznie bozon pochodziłby z interakcji między elektronem na orbicie a kwarkami tworzącymi neutrony w jądrze atomu.

Zespół kierowany przez MIT wykorzystał do eksperymentu garść izotopów iterbu, podczas gdy pierwiastkiem z wyboru dla grupy pod przewodnictwem Uniwersytetu w Aarhus był wapń.

Oba eksperymenty ułożyły swoje dane w jednej linii na typ wykresu specyficzny dla pomiaru tego rodzaju ruchów w izotopach. Podczas gdy eksperyment z wapniem wyglądał zgodnie z przewidywaniami, wykres iterbu był wyłączony, ze statystycznie istotnym odchyleniem w liniowości wykresu.

To nie jest powód do świętowania. Po pierwsze, podczas gdy bozon mógłby wyjaśnić liczby, tak samo mogłaby istnieć różnica w sposobie wykonywania obliczeń, rodzaj korekty zwany kwadratowym przesunięciem pola.

Dokładnie to, dlaczego w jednym eksperymencie mogło znaleźć się coś dziwnego, a w drugim nic nie znaleziono, również wymaga wyjaśnienia.

Jak zawsze potrzebujemy więcej danych. Dużo więcej. Jednak ustalenie, co dokładnie składa się na więcej niż jedną czwartą Wszechświata, jest jednym z największych pytań w nauce, więc wszelkie potencjalne wskazówki będą poszukiwane z ekscytacją.

Dodanie nowych rodzajów cząstek przenoszących siły do Model standardowy nie jest dokładnie wykluczone przez fizykę, ale znalezienie takiego byłoby ogromną sprawą.

W zeszłym roku fizycy byli podekscytowani cząstkami oddalającymi się pod dziwnymi kątami, wskazując na działanie nieznanej dotąd siły.

Podobnie, liczba elektronów cofających się w konfiguracji ciemnej materii XENON1T spowodowała, że ​​języki poruszały się na początku tego roku, zachęcając do spekulacji na temat hipotetycznego kandydata na ciemną materię. zwany axion.

Choć te wyniki są interesujące, już wcześniej mieliśmy złamane serca. W 2016 roku rodzaj kandydata na ciemną materię zwany a Madala Boson był podobno został zauważony wśród danych zebranych przez Wielki Zderzacz Hadronów w jego poszukiwaniu cząstki Higgsa.

Cząsteczkę tę można traktować jako rodzaj ciemnej wersji bozonu Higgsa, nadającej ciemnej materii jej siłę, nie ujawniając się w żaden inny sposób.

CERN wlał zimną wodę nad tą plotką, przykro to mówić. Co nie oznacza, że ​​taka cząstka nie istnieje lub że znaki nie są kuszące – po prostu nie możemy tego potwierdzić z żadnym prawdziwym stopniem pewności.

Większe zderzacze, bardziej czuły sprzęt i sprytne nowe sposoby wyszukiwania subtelnych szturchańców i szeptów praktycznie nieistniejących cząstek mogą pewnego dnia przynieść nam odpowiedzi, których potrzebujemy.

Ciemna materia z pewnością nie ułatwi tego.

Niniejsze badanie zostało opublikowane w Pisma przeglądu fizycznego, tutaj i tutaj.