Тёмный фотон — гипотетическая элементарная частица, предполагаемый переносчик нового фундаментального взаимодействия, аналог фотонов для тёмной материи[1][2]. Наряду с гравитацией, может оказаться «посредником» между обычной и тёмной материями, позволяя им взаимодействовать между собой[3]. Теоретически тёмные фотоны могут быть обнаружены благодаря их возможному смешиванию с обычными фотонами и, как следствие, влиянию на взаимодействие известных частиц[2].
Тёмные фотоны предложены в 2008 году Лотти Акерман, Мэттью Бакли, Шоном Кэроллом и Марком Камионковским как переносчики нового дальнодействующего U(1)-калибровочного поля, «тёмного электромагнетизма», воздействующего на тёмную материю. Так же как обычные фотоны, тёмные фотоны — безмассовые частицы[4].
Тёмные фотоны были названы возможной причиной так называемой «g−2»-аномалии, наблюдаемой в эксперименте E821 в Брукхейвенской национальной лаборатории[5]. Но несколько последующих экспериментов в значительной степени исключили тёмные фотоны из причин аномалии, в том числе эксперимент PHENIX detector[англ.] на релятивистском коллайдере RHIC в Брукхейвене[2]. В новом эксперименте Muon g-2 в Фермилабе ожидается получить в четыре раза лучшую точность измерений, чем в эксперименте в Брукхвейне[6].
В более общем смысле тёмный фотон — это любой бозон со спином 1, относящийся к новому U(1)-калибровочному полю. Иными словами, это любая новая сила природы, которая возникает в рамках теоретического расширения Стандартной модели и ведёт себя как электромагнитное взаимодействие. В этих моделях часто присутствует нестабильный или обладающий ненулевой массой тёмный фотон, который быстро распадается на другие частицы, например электрон-позитронные пары. Он также может напрямую взаимодействовать с известными частицами, в частности, электронами или мюонами, если только эти частицы несут заряд, связанный с вышеуказанным новым взаимодействием.
В марте 2016 года Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) одобрила проект эксперимента NA64 на ускорителе SPS[7][8], разработанный учёными из Института ядерных исследований РАН (Москва) и Института физики высоких энергий (Протвино)[9].
Сергей Гниненко, один из руководителей эксперимента по поиску тёмных фотонов в CERN, объясняет суть эксперимента следующим образом[9]: