Wissenschaftler, die am CERN-Experiment Compact Muon Solenoid (CMS) arbeiten, haben veröffentlicht die neuesten Daten auf ihrer Suche nach einem langlebigen exotischen Teilchen, das als dunkles Photon bekannt ist.
Dunkle Photonen (auch versteckte Photonen genannt) unterscheiden sich von regulären Photonen – Lichtteilchen – dadurch, dass man annimmt, dass sie Masse haben, was sie zu einem erstklassigen Kandidaten für die Erklärung dunkler Materie macht. Dunkle Materie ist der Sammelbegriff für scheinbar unsichtbare Materie im Weltraum, die nur über sie beobachtet werden konnte Gravitationseffekteaber es wurde nie direkt entdeckt und niemand ist sicher, was es tatsächlich ist.
Physiker am CMS versuchen das zu ändern. Wie bei anderen Experimenten am CERN erzeugte Teilchen würden die hypothetischen dunklen Photonen durch den Zerfall eines anderen Teilchens entstehen: des Higgs-Bosons, das in den 1960er Jahren vorgeschlagen wurde bekanntlich beobachtet im Jahr 2012. Es wird angenommen, dass Higgs-Bosonen in dunkle Photonen zerfallen, die dann in verdrängte Myonen zerfallen würden. Die CMS-Zusammenarbeit arbeitet daran, die Parameter einzuschränken, bei denen dieser Prozess stattfinden würde.
Der Large Hadron Collider des CERN startete im Juli 2022 seinen dritten Lauf, mit einer größeren Kapazität für Teilchenkollisionen als in seinen vorherigen Läufen. Das bedeutet, dass der Algorithmus – oder „Trigger“ – des CMS-Experiments, der interessante Kollisionen erkennt, mehr Ereignisse durchsuchen muss und somit mehr Möglichkeiten hat, verschobene Myonen zu erkennen, die aus dunklen Photonen resultieren.
„Wir haben unsere Fähigkeit, auf verschobene Myonen auszulösen, wirklich verbessert“, sagte Juliette Alimena vom CMS-Experiment in einem Stellungnahme. „Dadurch können wir viel mehr Ereignisse als bisher mit Myonen sammeln, die um Distanzen von einigen hundert Mikrometern bis zu mehreren Metern vom Kollisionspunkt entfernt sind.“ Dank dieser Verbesserungen ist es jetzt viel wahrscheinlicher, dass CMS dunkle Photonen findet, wenn sie existieren.“
Dunkle Photonen gelten nach Teilchenmaßstäben als langlebig: Sie existieren für ein Zehntel einer Milliardstel Sekunde. Trotz ihrer Langlebigkeit sind sie schwer zu erkennen – weshalb dies bisher noch niemand getan hat. Tatsächlich wird seit Jahren nach dunklen Photonen gesucht. „Die Suche nach dunklen Photonen ist gleichzeitig unkompliziert und herausfordernd“, sagt der Physiker James Beacham sagte Gizmodo im Jahr 2018. „Einfach, weil das Konzept so allgemein und einfach ist, dass die Gestaltung experimenteller Suchen ziemlich einfach ist, aber eine Herausforderung, weil wir wirklich keine Ahnung haben Wo im Parameterraum könnte das dunkle Photon leben.“
Einige Wissenschaftler sind es Mit kleinen Spiegeln auf der Suche nach dunkler Materiewährend andere es versuchen Stellen Sie seine Frequenz mit einem „Radio für dunkle Materie“ ein. Am CMS versuchen Physiker, die Teilchen beim Zerfall in Myonenpaare zu erkennen.
Um CMS zu stärken, wird der Large Hadron Collider bald aktualisiert. Der kommende High Luminosity-LHC wird die Leuchtkraft der Anlage um den Faktor 10 erhöhen und die Zahl der Higgs-Bosonen, die Physiker untersuchen müssen, um eine Größenordnung erhöhen. Der HL-LHC wird voraussichtlich bis 2029 betriebsbereit sein. In der Zwischenzeit wird Run 3 des LHC bis 2026 fortgesetzt.
Daten vom Collider bringt immer wieder neue subatomare Teilchen hervor zu befragen, aber einige – diejenigen, von denen angenommen wird, dass sie für die dunkle Materie des Universums verantwortlich sind – bleiben schwer zu fassen. Zumindest für jetzt.
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