Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN αναζητά τα «σκοτεινά φωτόνια»

Πίσω στο καλοκαίρι του 2022, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, ο επιταχυντής σωματιδίων που διαχειρίζεται ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών (CERN) σε μια γιγαντιαία εγκατάσταση στα σύνορα μεταξύ Ελβετίας και Γαλλία, επρόκειτο να τεθεί ξανά σε λειτουργία μετά από μια σειρά ευρημάτων που οδήγησαν στην απενεργοποίησή του. Κάποια από αυτά, όπως επιβεβαίωσε το CERN, αφορούσαν τα σκοτεινά φωτόνια.

Αυτή η ανακοίνωση προέρχεται από την ομάδα που εργάζεται στο Compact Muon Solenoid (CMS) του CERN, η οποία δημοσιεύει τώρα τα δεδομένα από τον τρίτο γύρο πειραμάτων (Run 3) που ξεκίνησε τον Ιούλιο του 2022. Το σημαντικό του Run 3 είναι ότι, χάρη στην προαναφερθείσα παύση των πειραμάτων, ο LHC μπήκε σε αυτή τη φάση με νέες αναβαθμίσεις, επιτρέποντας υψηλότερη στιγμιαία φωτεινότητα σε σύγκριση με τις προηγούμενες δοκιμές, ένα χαρακτηριστικό που επιτρέπει περισσότερες σωματιδιακές συγκρούσεις ανά πάσα στιγμή.

Στα πειράματα που αναλύονται στα νέα δεδομένα, με ημερομηνία Αυγούστου 2023, η ομάδα του CMS έψαχνε για σκοτεινά φωτόνια κατά τη διάσπαση των μποζονίων Higgs. Τα σκοτεινά φωτόνια, αν όντως υπάρχουν, είναι καλοί στόχοι για πειραματική επιβεβαίωση, εν μέρει επειδή πιστεύεται ότι είναι σωματίδια μακράς διάρκειας ζωής (LLP) – που σημαίνει ότι υπάρχουν για περισσότερο από ένα δέκατο του ενός δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

Σε γενικές γραμμές, η ομάδα του CMS αναζητά διάφορα LLPs και το σκοτεινό φωτόνιο θα ήταν απλώς ένα τέτοιο θεωρητικό σωματίδιο. Τα LLPs θα διασπώνταν σε σωματίδια που είναι πιο εύκολο να παρατηρηθούν, παρόμοια με τα μιόνια, και γι’ αυτό τα ευρήματα αυτά προέρχονται από την ομάδα Compact Muon Solenoid.

Τι είναι τα σκοτεινά φωτόνια και γιατί τα αναζητά το CERN;

Εκτός του ότι είναι LLPs, τα σκοτεινά φωτόνια θα θεωρούνταν επίσης “εξωτικά” που σημαίνει ότι θα υπήρχαν εκτός του καθιερωμένου μοντέλου της Φυσικής. Οι θεωρητικοί Φυσικοί υποστηρίζουν ότι τα σκοτεινά φωτόνια θα ήταν σωματίδια που σχετίζονται με τη σκοτεινή ύλη. Η τελευταία είναι απλώς μια μυστηριώδης θεωρητική ουσία που δεν εκπέμπει φως, αλλά έχει – ή φαίνεται να έχει – βαρυτικές επιδράσεις. Τα σκοτεινά φωτόνια θα μπορούσαν να παίζουν έναν ρόλο στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων σκοτεινής ύλης παρόμοιο με τον ρόλο που παίζουν τα κανονικά φωτόνια στον ηλεκτρομαγνητισμό.

Μέχρι στιγμής, τα δεδομένα του CERN από αυτό το πείραμα δεν αποδεικνύουν οριστικά την ύπαρξη σκοτεινών φωτονίων. Αντίθετα, η νέα δήλωση προβάλλει εξελιγμένες νέες μορφές ανάλυσης των συγκρούσεων σωματιδίων. Υψηλότερη στιγμιαία φωτεινότητα σημαίνει πολύ περισσότερα δεδομένα προς ανάλυση – τόσα πολλά, στην πραγματικότητα, που “η καταγραφή κάθε σύγκρουσης θα κατανάλωνε γρήγορα όλο το διαθέσιμο αποθηκευτικό χώρο“, σύμφωνα με τη δήλωση της 27ης Δεκεμβρίου 2023.

Αντ’ αυτού, η ομάδα CMS βασίζεται σε ένα αλγοριθμικό σύστημα που είναι γνωστό ως “ο πυροκροτητής“. Ο τελευταίος αναδεικνύει μόνο τις δυνητικά ενδιαφέρουσες συγκρούσεις, επιτρέποντας την αποθήκευση των δεδομένων που έχουν σημασία και την απόρριψη των υπολοίπων.

Η Juliette Alimena, φυσικός που εργάζεται στο πείραμα CMS, σημειώνει στην ανακοίνωση ότι το αλγοριθμικό σύστημα «μας επιτρέπει να συλλέξουμε πολύ περισσότερα γεγονότα από ό,τι προηγουμένως με μιόνια που έχουν μετατοπιστεί από το σημείο σύγκρουσης κατά αποστάσεις από μερικές εκατοντάδες μικρόμετρα έως αρκετά μέτρα. Χάρη σε αυτές τις βελτιώσεις, αν υπάρχουν σκοτεινά φωτόνια, το CMS είναι πλέον πολύ πιο πιθανό να τα εντοπίσει».

[via]