Temné fotony a kosmické struny. Kredit: David Cyncynates & Zach Weiner.

Tvrdošíjná neschopnost přiblížit se temné hmotě vede výzkum po pozoruhodných cestách. Jak se zdá, v poslední době je ve výzkumu temné hmoty trendem křísit odepsané hypotézy. Nejnověji se to týká i ultralehkých temných fotonů, které v roli kandidátů na temnou hmotu doposud čelily závažným, v podstatě diskvalifikujícím problémům.

David Cyncynates. Kredit: University of Washington.

Temné fotony, zatím zcela hypotetické, by měly být podobné klasickým fotonům. Na rozdíl od nich by ale měly mít nepatrnou hmotnost a současně by měly jen velmi slabě interagovat s běžnou hmotou.

Existující modely temné hmoty tvořené temnými fotony jsou zaseklé problémem, který se označuje jako „kinetic mixing constraint.“ Jde o to, že temné fotony mají v těchto modelech tendenci k míchání (kinetic mixing) s obyčejnými fotony a k vytváření exotických objektů – kosmických strun. Problém, tedy fatální problém, je, že takto vzniklé kosmické struny nemohou vytvářet galaktická hala temné hmoty, ani další fenomény, s nimiž je dnes temná hmota spojována.

Logo. Kredit: University of Washington.

Fyzici David Cyncynates z University of Washington a Zachary Weiner z Perimeter Institute for Theoretical Physics vymysleli řešení pro modely s temnými fotony, kterým obcházejí zmíněný problém s kosmickými strunami. Podle nich je klíčové načasování. Pokud by temné fotony vznikly velmi brzy po Velkém třesku, byly by hustě uspořádané a nevyhnutelně by se shlukly do kosmických strun.

Navrhli model, v němž k produkci temných fotonů dochází až později. Také obsahuje skalární pole, které se vyvíjí během historie vesmíru. V mladém vesmíru by potlačovalo hmotnost temných fotonů, zatímco později by jim určitou hmotnost „dovolilo.“

Dobrou zprávou je, že takto pojaté temné fotony by mohlo detekovat hned několik experimentů. Příkladem mohou být DM-Radio, ALPHA, Dark E-field a MADMAX. Lov na temnou hmotu každopádně pokračuje.

Video: PAC Webinar 50: Cosmological Signatures of Dark Photons

Literatura

Phys.org 19. 6. 2025.

Physical Review Letters 134. 211002.