Темный фотон с массой покоя

Лаборатория Томаса Джефферсона

В то время, как ученые Европейской организации ядерных исследований CERN, используя Большой адронный коллайдер (БАК), сталкивают  протоны в надежде найти неуловимый бозон Хиггса, ученые, работающие с другим ускорителем, занимаются поисками еще одной таинственной частицы. Ускоритель лаборатории Томаса Джефферсона (Thomas Jefferson National Accelerator Facility), разгоняет электроны в поисках "темных" или "тяжелых" фотонов. Обнаружение этих темных фотонов, как надеются ученые, станет тем ключом, который отопрет двери в "темный сектор" нашей Вселенной, туда, где, предположительно, находятся такие вещи, как темная материя и темная энергия.

Ускоритель лаборатории Джефферсона не может даже прикоснуться к тому уровню высоких энергий, которыми оперирует ускоритель БАК. Но от коллайдера этот ускоритель отличается очень высокой плотностью электронных пучков. И вместо того, что бы наращивать энергию столкновений, ученые лаборатории Джефферсона уходят в сторону "граничной интенсивности", где очень плотные пучки создают одновременно большое количество столкновений на низкой энергии. Именно так ученые ищут темный фотон, который, согласно многим теоретическим построениям, существует именно в низкоэнергетическом диапазоне.

Tемные фотоны, в отличие от обычных, должны иметь массу покоя. В отличие от обычных фотонов, в них имеет проявление фундаментальная сила неизведанного пока еще характера. Раскрытие тайны этой новой силы позволит ученым краешком глаза заглянуть в "темный сектор" и увидеть целый мир совершенно новых элементарных частиц.
Считается, что темный фотон нельзя обнаружить непосредственно с использованием научного оборудования, изготовленного из обычной материи. Но можно обнаружить следы его распада в момент, последующий за столкновением электрона и позитрона.

24 апреля этого года на ускорителе лаборатории Джефферсона начнется трехнедельный эксперимент, в ходе которого плотный поток разогнанных электронов будет направлен  в вольфрамовую мишень. Количество столкновений - приблизительно 500 миллионов в секунду, и в этой лавине ученые попытаются определить, какие именно частицы получаются в результате каждого столкновения.
Обнаружение темного фотона станет "научным Эльдорадо" для ученых-теоретиков, которое может стать сильнейшим толчком для дальнейшего развития физики.

Справка: Лаборато́рия Дже́фферсона (англ. Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF), Jefferson Lab, JLab) — одна из одна из шестнадцати национальных лабораторий Министерства энергетики США. Расположена в городе Ньюпорт-Ньюс, штат Виргиния. Основана в 1984 году. Штат лаборатории составляет 675 человек. «Рабочая лошадка» лаборатории — электронный ускоритель-рекуператор CEBAF.

Ускорительный комплекс состоит из источника поляризованных электронов и, собственно, электронного ускорителя, выполненного в виде двух параллельно стоящих ускоряющих структур длиной 1,4 км, и соединяющих их арок. Сгустки электронов совершают 5 оборотов, набирая энергию при каждом проходе через ускоряющую структуру, а в арках на каждом обороте движутся последовательно по разным дорожкам. Таким образом, CEBAF является, фактически, линейным ускорителем, но относительно компактным. Особенностью CEBAF является квазинепрерывный пучок электронов (состоящий из коротких сгустков, длительностью менее 1 пс). Другая особенность CEBAF — использование сверхпроводящих высокочастотных резонаторов в ускоряющей структуре.

Выпущенный из ускорителя 6-ГэВный пучок электронов направляется в один из трёх экспериментальных залов (A, B, C), где сбрасывается на фиксированную мишень для экспериментов по изучению взаимодействий с ядром^[1].

С 2010 года в лаборатории проектируется модернизация ускорителя CEBAF до энергии 12 ГэВ.

В лаборатории JLAB с 2004 года на базе 160-МэВного ускорителя-рекуператора (англ. ERL — Energy Recovery Linac) функционирует мощнейший в мире лазер на свободных электронах. На нём в 2006 получена мощность свыше 14 кВт при длине волны лазерного излучения 1,6 мкм^[3], и 1 кВт на ондуляторе, излучающем в ультрафиолетовой области с 2010 года.

Tags: Dark Energy, Dark matter, LHC, БАК, масса покоя, протон нейтрон электрон вселенная, ускоритель, фотон, электрон