Темный фотон или Привет из пятого измерения

Дорогие читатели, а давайте, покалякаем о делах наших скорбных - или о темной материи. Да-да, о той самой темной материи, которая у всех на слуху. Почему "темной", и насколько она темна на самом деле? Прежде всего хотелось бы заметить, что этот термин есть неудачное трактование физического явления, а именно невидимой материи из "скрытого [от глаз] сектора". Невидимая, скрытая или она же темная материя (Dark matter) взаимодействует с нашим миром исключительно посредством гравитации. Ни одним из других известных нам типов взаимодействий - электромагнитных, сильных и слабых ядерных, - ее "увидеть" пока что нельзя, не получится.


До тех пор будет действовать этот запрет, пока мы не откроем соответствующие процессы, где частицы темной материи могли бы себя проявить как-то иначе. Физики - народ любопытный, любознательный и зачастую так и норовит заглянуть в "замочную скважину" Вселенной. Что делать, когда нельзя увидеть невидимое, но сильно хочется? Теоретики, с помощью формул и уравнений, почесав все мыслимые места от макушки до пяток, решили, что представителем темной материи может быть "темный фотон" (по аналогии с обычными фотонами для обычной видимой материи).

Тёмный фотон (dark photon), согласно гипотезе, есть новая элементарная частица, которую может излучать темная материя. Она является переносчиком некоего нового и неизвестного фундаментального взаимодействия. Термин "тёмные фотоны" был предложен в 2008 году учеными: Лотти Акерманом, Мэттью Бакли, Шоном Кэроллом и Марком Камионковским. Ученые допустили, что это есть переносчики нового дальнодействующего поля, иначе «тёмного электромагнетизма», воздействующего на тёмную материю. По этому поводу они написали:


«Представим, что есть совершенно новый вид фотонов, который соединён с тёмной, а не с обычной материей. Таким образом, могут быть тёмные электрические поля, тёмные магнитные поля, тёмное излучение и так далее».
 
На рисунке: так выглядят видимый и невидимый, то есть, темный или "скрытый сектор", материи во Вселенной  с пойманными в сачок обычными и темными фотонами.

Но также наряду с этим как вариант было предложено, что темный фотон может себя проявлять, реализуясь в нашем мире частицей из пятого измерения. Однако каждый из нас вправе спросить: стоит ли выдумывать дополнительную сущность во Вселенной? Увы реалии исследований таковы.

Из наблюдений гравитационных взаимодействий галактик и расчетов их скоростей вращения стало известно следующее. В нашей Вселенной тёмной материи имеется во много раз больше, чем видимой. При этом не известно: какая физика может быть благоприятнее для возникновения разумной жизни наша привычная в видимом диапазоне или та, что находится по ту сторону наших знаний - в скрытом секторе. Если думать, что шансы равны, то вероятность существования «тёмного разума» во много раз больше, чем «обычных» инопланетян.


Теория допускает, если масса тёмного фотона небольшая (или вблизи нуля), то предположительно могут возникать осцилляции (колебания превращений) между нашим "видимым" фотоном (гамма-квантом) и тёмным фотоном, аналогично осцилляциям нейтрино. Тогда темный фотон может распадаться на обычные частицы - электрон-позитронные пары. К счастью, подобные распады темного фотона в принципе можно зарегистрировать с помощью уже имеющихся на Земле детекторов. И можно сказать, что эти процессы удивят нас. Таким образом, "новая физика" не за горами.


"Молчание Большого адронного коллайдера" говорит нам о том, что распад темного фотона на электрон и позитрон - это настолько редкое событие, что требует от исследователей стойкого терпения и десятков лет ожидания.


***

P.S. Картинка взята как иллюстрация из статьи: Ссылка: Григорий Тарасевич, журнал «Кот Шрёдингера» №7–8, 2017