Физики давно ищут темную материю и новые способы прямого наблюдения за различными кандидатами на роль этой неуловимой субстанции. Одна из ее гипотетических форм, которую до сих пор не удавалось найти — темные фотоны.
Сотрудники Северо-Западного и Стэнфордского университетов, а также Лаборатории «Ферми» недавно представили новый метод, который можно использовать для поиска темных фотонов в мегавольтах. Его проверили в небольшом испытании, которое также помогло ученым установить новые ограничения на темную материю темных фотонов.
Метод основан на использовании захваченных электронов в качестве высокодобротных резонаторов для обнаружения темной материи темного фотона в мегавольтном диапазоне. Основная гипотеза состоит в том, что если в ловушку с подвешенным электроном попадает темный фотон с энергией в несколько мегавольт, то электрон возбуждается из основного состояния в первое возбужденное состояние циклотронного движения.
Влетает темный фотон и переводит электрон в более высокое возбужденное состояние.
Предоставлено: Харикришнан Рамани
Из-за отсутствия фона, единичное возбуждение одиночного захваченного электрона можно определить безошибочно. При этом, ученые не увидели какие-либо возбуждения в течение нескольких дней. Так они установили ограничение на силу прошедшего темного фотонного поля. Ученые основывались на теоретических расчетах эффективности, с которой темный фотон может произвести такое возбуждение.
Чтобы продемонстрировать практичность нового метода, ученые использовали его, чтобы получить начальные измерения с использованием одного электрона. Испытание показало, что их стратегия не требует фона для поиска, который длился чуть более 7 дней.
Исследователи также установили новый предел темной материи темных фотонов, в частности, на частоте 148 ГГц (0,6 мэВ).
Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.
