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

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων μπορεί σύντομα να αποκαλύψει τα μυστικά του

σκοτεινά φωτόνια

. Πρέπει να φοβόμαστε; (

Spoiler

: όχι).

Το καλοκαίρι του 2022, το TikTok έχασε το μυαλό του από την είδηση ​​ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων — ο επιταχυντής σωματιδίων που διευθύνει ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής

Έρευνα

ς (CERN) σε μια γιγάντια εγκατάσταση στα σύνορα Ελβετίας και Γαλλίας — επρόκειτο να αλλάξει και πάλι μετά από μια σειρά από ευρήματα που οδήγησαν στην αποσύνδεσή του.

Η ανησυχία εκείνη την εποχή ήταν ότι η επανέναρξη των συγκρούσεων σωματιδίων επρόκειτο να εκδηλώσει διάφορα σενάρια αποκάλυψης επιστημονικής φαντασίας – ξέρετε, κλήση

Stranger Things

-στυλ πλάσματα ή εκμηδένιση του σύμπαντος. Κάτι τέτοιο.

Τίποτα

από αυτά δεν επρόκειτο να συμβεί ποτέ, αλλά ίσως θα μπορούσε κανείς να αποκαλέσει την ξαφνική αύξηση του ενδιαφέροντος νίκη για την

επιστήμη

ούτως ή άλλως.

Λοιπόν, σύμφωνα με τον α

Δήλωση της 27ης Δεκεμβρίου από το CERN

ορισμένα από τα ευρήματα του LHC από αυτήν την τελευταία σειρά πειραμάτων είναι έτοιμα για δημόσια κατανάλωση και αφορούν (φωνή φακού κάτω από το πηγούνι)

σκοτεινά φωτόνια

.

Τι έχει κάνει το CERN από το 2022 και τι σχέση έχει με τα σκοτεινά φωτόνια;

Η νέα δήλωση προέρχεται από την ομάδα που εργάζεται στο Compact Muon Solenoid (CMS) του CERN, η οποία δημοσιεύει τώρα δεδομένα από τον κύκλο πειραμάτων “Run 3” που ξεκίνησε εν μέσω της τρεμούλιας του TikTok του Ιουλίου 2022. Η σημασία του Run 3 είναι ότι, χάρη στην προαναφερθείσα παύση στα πειράματα, ο LHC πήγε σε αυτή τη φάση με νέες αναβαθμίσεις, επιτρέποντας υψηλότερες

στιγμιαία φωτεινότητα

σε σύγκριση με προηγούμενες εκτελέσεις, ένα χαρακτηριστικό που προκαλεί περισσότερες συγκρούσεις σωματιδίων ανά πάσα στιγμή.

Στα πειράματα που αναλύονται στα νέα δεδομένα, με ημερομηνία τον Αύγουστο του 2023, η ομάδα CMS έψαχνε για σκοτεινά φωτόνια στη διάσπαση των μποζονίων Higgs – το μποζόνιο Higgs ήταν το πρώην σωματίδιο της λευκής φάλαινας του CERN, το οποίο βρήκε, με μεγάλη θαυμασμό, το 2012. Τα σκοτεινά φωτόνια, αν υπάρχουν στην πραγματικότητα, είναι καλοί στόχοι για πειραματισμούς, εν μέρει επειδή πιστεύεται ότι είναι

μακρόβια σωματίδια

(LLPs) — που σημαίνει ότι υπάρχουν για περισσότερο από το ένα δέκατο του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

Σε γενικές γραμμές, η ομάδα CMS αναζητά διάφορα LLP και το σκοτεινό φωτόνιο θα ήταν απλώς ένα τέτοιο θεωρητικό σωματίδιο. Τα LLPs θα διασπώνται σε πιο εύκολα παρατηρήσιμα σωματίδια παρόμοια με τα βαριά ηλεκτρόνια που ονομάζονται μιόνια, κάτι που, αν ακολουθείτε όλη τη φυσική, είναι ο λόγος που αυτά τα ευρήματα προέρχονται από το

Συμπαγής ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα Muon

ομάδα.

Τι είναι ούτως ή άλλως ένα σκοτεινό φωτόνιο και γιατί το αναζητά το CERN;

Εκτός από το ότι είναι LLP, τα σκοτεινά φωτόνια θα θεωρούνταν επίσης “εξωτικά”, (συγγνώμη για ακόμα περισσότερη ορολογία της φυσικής) που σημαίνει ότι θα υπήρχαν εκτός

τυπικό μοντέλο φυσικής

, το αξιόπιστο βιβλίο κανόνων για τη συμπεριφορά και τα αποτελέσματα γνωστών σωματιδίων. Αξίζει να σημειωθεί ότι δεν είναι όλα τα «εξωτικά» όλα αυτά, χμ, εξωτικά. Η βαρύτητα, για παράδειγμα, υπάρχει έξω από το τυπικό μοντέλο.

Οι θεωρητικοί φυσικοί λένε ότι τα σκοτεινά φωτόνια θα ήταν σωματίδια που σχετίζονται με τη σκοτεινή ύλη. Στη φυσική μη επιστημονικής φαντασίας, η σκοτεινή ύλη δεν είναι ούτε όπλο, ούτε καύσιμο κίνησης στημονιού, αλλά απλώς μια μυστηριώδης θεωρητική ουσία που δεν εκπέμπει φως, αλλά παρόλα αυτά έχει – ή φαίνεται να έχει – βαρυτικά αποτελέσματα. Τα σκοτεινά φωτόνια θα έπαιζαν ρόλο στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης παρόμοιο με

ο ρόλος που παίζουν τα κανονικά φωτόνια στον ηλεκτρομαγνητισμό

.

Το CERN έχει βρει σκοτεινά φωτόνια;

Μέχρι στιγμής, του CERN

δεδομένα από αυτό το πείραμα

δεν περιέχει οριστική απόδειξη της ύπαρξης σκοτεινών φωτονίων. Αντίθετα, η νέα δήλωση διαφημίζει εξελιγμένες νέες μορφές ανάλυσης σύγκρουσης σωματιδίων. Πιο ψηλά


Η στιγμιαία φωτεινότητα σημαίνει πολλά περισσότερα δεδομένα προς ανάλυση — τόσο πολύ, στην πραγματικότητα, που «η καταγραφή κάθε σύγκρουσης θα καταναλώνει γρήγορα όλο τον διαθέσιμο χώρο αποθήκευσης δεδομένων», σύμφωνα με τη δήλωση της 27ης Δεκεμβρίου.

Αντίθετα, η ομάδα του CMS βασίζεται σε ένα αλγοριθμικό σύστημα που προφανώς είναι γνωστό ως “η σκανδάλη” (Εντάξει, προσπαθούν εσκεμμένα να φρικάρουν το TikTok;). Η σκανδάλη επισημαίνει μόνο τις δυνητικά ενδιαφέρουσες συγκρούσεις, επιτρέποντας την αποθήκευση επακόλουθων δεδομένων και την απόρριψη των υπολοίπων.

Η Juliette Alimena, ένας φυσικός σωματιδίων που εργάζεται στο πείραμα CMS, σημειώνει στη δήλωση ότι η σκανδάλη “μας επιτρέπει να συλλέξουμε πολύ περισσότερα γεγονότα από ό,τι πριν με μιόνια που μετατοπίζονται από το σημείο σύγκρουσης σε αποσ

τάσεις

από μερικές εκατοντάδες μικρόμετρα έως πολλά μέτρα. Ευχαριστώ Σε αυτές τις βελτιώσεις, εάν υπάρχουν σκοτεινά φωτόνια, το CMS είναι πλέον πολύ πιο πιθανό να τα βρει.”

Είναι, λοιπόν, η απουσία στοιχείων μέχρι στιγμής για την ύπαρξη σκοτεινών φωτονίων απλώς πιο απογοητευτικά νέα από το CERN; Γίνε εσύ ο κριτής. Αισιόδοξα, θα μπορούσε κανείς να υποστηρίξει ότι η απουσία πρωτοποριακών δεδομένων μέχρι στιγμής επιτρέπει στους επιστήμονες του CERN να γνωρίζουν πού

δεν

να συνεχίσω να ψάχνω. Στη συνέχεια, μπορούν να βελτιώσουν τα μοντέλα τους και να συνεχίσουν την αναζήτηση.