Les scientifiques recherchent le 'Dark Photon', un portail vers l'Univers sombre

Ryan F. Mandelbaum 05/28/2018. 14 comments
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Il semble que l'Univers soit rempli de matière noire - environ six fois plus que de matière ordinaire. Il a des effets visibles évidents, comme la façon dont il déforme la lumière des galaxies lointaines. Malgré des recherches ciblées, aucun signe d'une particule de matière noire expliquant ces effets n'a été détecté.

Peut-être que les physiciens pourront peut-être trouver une force obscure, un portail dans le monde des ténèbres. Un tel "photon sombre" serait l'équivalent de la matière noire d'un photon, la façon dont les particules de matière noire interagissent les unes avec les autres. Les scientifiques sont à la recherche d'une telle particule. Il n'est pas encore arrivé, basé sur les nouveaux résultats du Large Hadron Collider à Genève, en Suisse. Mais la recherche n'est pas terminée - et beaucoup de physiciens sont vraiment excités à ce sujet.

"LHCb a dû travailler très dur pour atteindre cette gamme de masse", a déclaré à Gizmodo Caterina Doglioni, une chercheuse de l'université de Lund qui n'était pas impliquée dans l'étude. "La façon dont ils l'ont fait est plutôt cool. Ils ont réinventé la prise de données des expériences LHC "

Les physiciens ont utilisé beaucoup de méthodes telles que de grandes cuves de xénon liquide pour essayer de trouver des particules de matière noire directement, et n'ont toujours pas de plombs. Des photons obscurs approfondiraient l'histoire de la matière noire et laisseraient entendre qu'il existe un univers sombre régi par des forces obscures.

"Ce que nous savons de la matière noire est très petit. Une des questions pressantes est: comment la matière noire interagit-elle avec elle-même? C'est un grand espace ouvert », a déclaré l'auteur de l'étude Mike Williams à Gizmodo. Il a dit que la découverte de cette particule pourrait ouvrir un champ d'étude entièrement nouveau.

En fait, la recherche de cette particule est une corvée. Williams espérait que les collisions de protons à haute énergie du LHC se traduiraient par des photons noirs qui se désintégreraient ensuite en d'autres particules appelées muon et son partenaire antiparticulaire. Mais il y a des tonnes de manières moins fantomatiques que les particules dans la gamme de masse fouillée puissent se désintégrer en deux muons. Dans certains cas, la chasse est comme essayer de savoir si quelqu'un a jeté un sac de M & M dans une cuve de M & Ms à l'usine de confiserie en comparant le contenu de la cuve à la sortie habituelle de l'usine.

Doglioni a été particulièrement impressionné par la how l'équipe a réussi à obtenir toutes leurs données. Les expériences de physique des particules créent tellement de données qu'elles ont des déclencheurs - des détecteurs initiaux simplement pour dire à l'expérience de garder toutes les données dans la collision ou de tout jeter, en fonction de paramètres prédéterminés. LHCb a mis à jour son schéma de prise de données pour permettre aux déclencheurs de sélectionner uniquement les données dans les collisions qu'ils souhaitent, les deux muons, pour tous les événements qui les contiennent, plutôt que de rejeter des événements entiers susceptibles d'avoir des informations utiles.

Après avoir analysé les données, ils n'ont pas trouvé de photons foncés avec des masses entre 10 GeV et 70 GeV qui se désintègrent immédiatement dans la paire de muons (un boson de Higgs pèse environ 125 GeV). Ils n'ont pas non plus trouvé de signal pour les particules de plus longue durée qui pèsent entre 214 et 350 MeV (un proton pèse un peu moins de 1000 MeV), la première de ces recherches pour ces photons sombres de plus longue durée de vie. Ils ont publié leurs résultats dans Physical Review Letters.

Mais les gens ne sont pas encore contrariés. "Je suis particulièrement excité par leurs résultats pour la région des photons noirs à longue durée de vie, où le photon sombre parcourt une distance finie dans le détecteur avant de se dégrader", a déclaré à Gizmodo Suchita Kulkarni de l'Institut de physique des hautes énergies d'Autriche. "Cette contrainte est vraiment géniale! Cette région recherchée par LHCb ... est vraiment un point sensible accessible à très peu d'expériences en ce moment. "Essentiellement, LHCb est à la recherche d'une sorte de particule que d'autres expériences pourraient ne pas trouver. Elle a également souligné que des modèles de photons plus compliqués pourraient nécessiter un autre regard sur ces données.

Le physicien du CERN James Beacham de l'expérience ATLAS était également enthousiasmé par le résultat et espérait que cela motiverait les équipes ATLAS et CMS concurrentes à terminer des analyses similaires. Et cette recherche de photons sombres, qui dure depuis longtemps, va probablement continuer. «Les recherches de photons foncés sont à la fois directes et stimulantes, car le concept est assez simple et général pour concevoir des recherches expérimentales, mais difficile parce que nous n'avons aucune idée de l' where le photon noir pourrait vivre».

Compte tenu de toutes les inconnues, les physiciens ont vraiment besoin d'un signe. Williams a déclaré: "Tout crochet aiderait vraiment à nous guider sur ce qu'il faut faire ensuite."

[ PRL ]

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