Темный фотон

За пределами стандартной модели
Смоделированные данные детектора частиц CMS на большом адронном коллайдере, изображающие бозон Хиггса, образованный сталкивающимися протонами, распадающимися на адронные струи и электроны
Стандартная модель
Свидетельство Проблема иерархии Темная материя Темная энергия Квинтэссенция Фантомная энергия Темное излучение Темный фотон Проблема космологической постоянной Сильная проблема CP Колебания нейтрино
Теории Теория Бранса – Дике Гипотеза космической цензуры Пятая сила F-теория Теория всего Единая теория поля Теория Великого Объединения Разноцветный Теория Калуцы – Клейна Топологическая квантовая теория поля Локальная квантовая теория поля Теория поля Лиувилля 6D (2,0) суперконформная теория поля Некоммутативная квантовая теория поля Квантовая космология Космология браны Теория струн Теория суперструн М-теория Гипотеза математической вселенной Зеркальная материя Модель Рэндалла – Сундрама Теория Янга – Миллса N = 4 суперсимметричная теория Янга – Миллса Твисторная теория струн Темная жидкость Двойная специальная теория относительности инвариант де Ситтера специальная теория относительности Причинные фермионные системы Термодинамика черной дыры Физика без частиц Гравифотон Гравискалар Гравитон Гравитино Массивная гравитация Теория калибровочной гравитации Калибровочная теория гравитации Симметрия CPT
Суперсимметрия MSSM NMSSM Теория суперструн М-теория Супергравитация Нарушение суперсимметрии Дополнительные размеры Большие дополнительные размеры
Квантовая гравитация Ложный вакуум Теория струн Отжим пена Квантовая пена Квантовая геометрия Петлевая квантовая гравитация Квантовая космология Петлевая квантовая космология Причинная динамическая триангуляция Причинные фермионные системы Причинные множества Симметрия событий Каноническая квантовая гравитация Полуклассическая гравитация Теория сверхтекучего вакуума
Эксперименты ЭННИ Гран Сассо Я НЕ LHC SNO Супер-К Теватрон Новая звезда
v т е

Темный фотон (также скрытый , тяжелый , пара- или уединенный фотон ) представляет собой гипотетические скрытый сектор частицы , предложенные в качестве носителя силы аналогичен фотону из электромагнетизма , но потенциально подключенного к темной материи . ^[1] В минимальном сценарии эта новая сила может быть введена путем расширения калибровочной группы Стандартной модели физики элементарных частиц с помощью новой абелевой калибровочной симметрии U (1) . Соответствующий новый калибровочный бозон спина 1 ( т. е. темный фотон) может затем очень слабо связываться с электрически заряженными частицами посредством кинетического смешивания с обычным фотоном ^[2] и, таким образом, может быть обнаружен. Темный фотон также может взаимодействовать со Стандартной моделью, если некоторые фермионы заряжены в новой абелевой группе. ^[3] Возможные схемы начисления платы ограничены рядом требований согласованности, таких как устранение аномалий и ограничения, исходящие из матриц Юкавы .

Мотивация [ править ]

Наблюдения за гравитационными эффектами, которые нельзя объяснить одной лишь видимой материей , подразумевают существование материи, которая не связана или очень слабо связана с известными силами Природы. Эта темная материя доминирует над плотностью материи Вселенной, но ее частицы (если таковые имеются) до сих пор ускользают от прямого и косвенного обнаружения. Учитывая богатую структуру взаимодействия хорошо известных частиц Стандартной модели, которые составляют лишь субдоминирующую составляющую Вселенной, естественно думать о подобном взаимодействующем поведении частиц темного сектора. Темные фотоны могут быть частью этих взаимодействий между частицами темной материи и обеспечивать негравитационное окно (так называемый векторный портал) в их существование путем кинематического смешивания с фотоном Стандартной модели. ^[1][4] Дальнейшая мотивация для поиска темных фотонов исходит из нескольких наблюдаемых аномалий в астрофизике (например, в космических лучах ), которые могут быть связаны с темной материей, взаимодействующей с темным фотоном. ^{[5] [6]} Возможно, наиболее интересное применение темных фотонов возникает при объяснении расхождения между измеренным и рассчитанным аномальным магнитным моментом мюона . ^{[7] [8] [9]} Это несоответствие обычно рассматривается как постоянный намек на физику, выходящую за рамки Стандартной модели, и должно быть учтено с помощью общей новой физики.модели. Помимо воздействия на электромагнетизм посредством кинетического перемешивания и возможных взаимодействий с частицами темной материи, темные фотоны (если они массивные) также могут сами играть роль кандидатов на темную материю. Теоретически это возможно благодаря механизму перекоса . ^[10]

Теория [ править ]

Добавление сектора, содержащего темные фотоны, к лагранжиану Стандартной модели может быть выполнено простым и минимальным способом путем введения нового калибровочного поля U (1) . ^[2] Специфика взаимодействия между этим новым полем, потенциальным содержанием новых частиц ( например , фермионом Дирака для темной материи) и частицами Стандартной модели фактически ограничивается только творчеством теоретика и ограничениями, которые уже были установлены. на определенные виды муфт. Возможно, самая популярная базовая модель включает в себя единственную новую нарушенную калибровочную симметрию U (1) и кинетическое перемешивание между соответствующим полем темных фотонов и полями гиперзарядов Стандартной модели.${\ displaystyle A ^ {\ prime}}$. Действующий оператор:, где - тензор напряженности поля темного фотонного поля и обозначает тензор напряженности поля слабых гиперзарядных полей Стандартной модели. Этот термин естественным образом возникает при записи всех членов, допускаемых калибровочной симметрией. После нарушения электрослабой симметрии и диагонализации членов, содержащих тензоры напряженности поля (кинетические члены), путем переопределения полей, соответствующие члены в лагранжиане имеют вид${\ Displaystyle F _ {\ mu \ nu} ^ {\ prime} B ^ {\ mu \ nu}}$${\ Displaystyle F _ {\ mu \ nu} ^ {\ prime}}$${\ Displaystyle B ^ {\ mu \ nu}}$

$${\displaystyle {\mathcal {L}}\supset -{\frac {1}{4}}F^{\prime \mu \nu }F_{\mu \nu }^{\prime }+{\frac {1}{2}}m_{A^{\prime }}^{2}A^{\prime \mu }A_{\mu }^{\prime }+\epsilon eA^{\prime \mu }J_{\mu }^{EM}}$$

где - масса темного фотона (в этом случае его можно рассматривать как генерируемый механизмом Хиггса или Штюкельберга ), - параметр, описывающий силу кинетического перемешивания, и обозначает электромагнитный ток с его связью . Таким образом, основными параметрами этой модели являются масса темного фотона и сила кинетического перемешивания. Другие модели оставляют новую калибровочную симметрию U (1) ненарушенной, что приводит к безмассовому темному фотону, несущему дальнодействующее взаимодействие. ^{[11] [12]}${\displaystyle m_{A^{\prime }}}$${\displaystyle \epsilon }$${\displaystyle J_{\mu }^{EM}}$${\displaystyle e}$Однако безмассовый темный фотон экспериментально будет трудно отличить от фотона Стандартной модели. Включение новых фермионов Дирака в качестве частиц темной материи в эту теорию несложно и может быть достигнуто простым добавлением членов Дирака к лагранжиану. ^[13]

См. Также [ править ]

• Темное излучение  - постулируемый тип излучения, который опосредует взаимодействия темной материи.
• Пятая сила  - Спекулятивная пятая фундаментальная сила
• Двойной фотон  - гипотетическая элементарная частица, двойственная фотону в соответствии с электромагнитно-электрической дуальностью.
• Фотино  - гипотетический суперпартнер фотона

Ссылки [ править ]