让物理学家难以捉摸的“暗光子”，现在仍然潜伏在阴影中等待发现
你有没有想过，宇宙中除了我们看得见的物质，还有一些我们看不见的物质？这些物质被称为暗物质，它们占据了宇宙中大约85%的质量，但是它们是什么，为什么存在，以及如何与我们的物质相互作用，都是科学家们正在探索的谜题。
为了解开这些谜题，科学家们设计了各种实验，其中一种是用巨大的机器，叫做原子粒子加速器，来制造和观察一些非常小的粒子，比如电子，光子，μ子等。这些粒子是构成物质的基本单元，它们之间的相互作用遵循一套规则，叫做标准模型。标准模型是物理学中最成功的理论之一，它可以解释几乎所有的实验结果，但是也有一些例外，让科学家们怀疑是否存在一些未知的粒子，可能与暗物质有关。
其中一个候选者，就是暗光子，它是光子的暗物质版本，比光子更重，与电荷的相互作用更弱。如果暗光子存在，它可能会影响一些实验中观察到的粒子的行为，比如μ子的摆动。但是，最近一项实验并没有发现暗光子的任何踪迹，这让科学家们不得不重新思考暗物质的本质。这篇文章将介绍这项实验的背景，过程，结果和意义，希望能让你对暗物质和粒子物理学有一个初步的了解。
一台巨大的原子粒子加速器并未发现神秘粒子“暗光子”的任何踪迹。
这种难以捉摸的亚原子粒子——光的普通粒子的较重暗黑孪生体——有可能帮助解释暗物质与正常物质之间的相互作用，后者是宇宙中隐秘的、连接星系的隐藏质量。
这一新的结果并未排除暗光子的存在。但它确实意味着物理学家必须提出一个新的解释，以解释与物理学最主流理论相矛盾的令人困扰的实验结果。
在亚原子物理学的主导理论中，即标准模型中，宇宙由一系列亚原子粒子组成，这些粒子要么传递力量，要么构成物质的基本构建块。几十年来，几乎每一个相关实验都证实了标准模型，最终在2012年发现了人们长期寻找的希格斯玻色子，一种被认为解释其他粒子如何获得质量的亚原子粒子。
然而，尽管几乎每一个实验结果都与预测相一致，但其中一些结果却给标准模型带来了一些曲线球。
其中一项名为g-2的实验专注于μ子——如陀螺般旋转且实质上是电子的更重版本的微小磁性粒子。纽约阿普顿的布鲁克黑文国家实验室的物理学家们精确地测量了μ子“陀螺”在强磁场中绕行时的磁偶极矩，或者说它们的晃动程度。如果世界按照确定性的物理定律运行，过去将完美地决定未来，那么这种晃动，或者g，应该恰好是2。
但考虑到亚原子粒子的行为基本上是不确定的，并且考虑到标准模型预测的所有可能影响μ子的粒子，物理学家计算出真正的μ子摆动程度几乎应该是2，但不完全是2。g和2之间的差异，或者g-2，被称为反常磁矩。
然而，在2001年至2004年期间，物理学家宣布发现的差异比反常磁矩还要大。这种差异并不是巨大的，因此可能是由其他因素引起的。但一个可能性是未知的粒子正在改变μ子的摆动。
一个潜在的罪魁祸首是暗光子——一种与光子类似的粒子，它与任何带有电荷的物质都发生相互作用。但是，暗光子将比普通光子更重，并且它与电荷的相互作用将比光子的相互作用要弱得多，Essig说。
为了寻找这个光子，一项名为“先驱高能核相互作用实验”的实验在布鲁克黑文国家实验室以接近光速的速度使重离子相互碰撞。然后，他们研究了产生的各种粒子。其中之一是π介子，通常分解成两个光子。
然而，偶尔π介子可能会分解成一个光子和一个暗光子，后者然后分解成一个电子和它的反物质伙伴正电子。如果是这样，科学家应该期望在对应于假设的暗光子质量的区域中，在数据中看到这些电子-正电子对的数量增加。
实验的新数据并未发现这样的隆起。
然而，这并不意味着暗光子的终结。
“不幸的是，我们在当前分析的统计数据中没有看到任何显著的暗光子信号，但这并不意味着暗光子不存在，”参与PHENIX实验的研究人员Yorito Yamaguchi说。“这只是意味着暗光子不太可能是μ子g-2异常的原因。”
相反，μ子g-2异常可能是由于宇宙射线中正电子过剩引起的
与此同时，物理学家仍然在猜测有关暗光子的问题，因为它们可能解释暗物质。如果它们确实存在，暗光子将产生与暗物质相互作用的场。这些神秘的粒子只会与标准模型中已知的力非常微弱地相互作用
在发现新粒子之前，一个基本问题仍然没有答案