测量暗扇区的第一个结果

我们所感知的宇宙只是一小部分，几十年的天文观测揭示了暗物质的存在，这种神秘物质构成了宇宙中约85%的物质。然而，它的基本性质仍然难以捉摸。最近，欧洲核子研究中心(CERN)的NA64实验，展示了使用高能μ子束寻找暗扇区的第一个结果。

这个实验的关键在于暗扇区概念。粒子物理学的标准模型描述了我们宇宙的基本组成部分和力量，除此之外，可能还存在隐藏的领域——暗扇区，它由尚未发现的粒子组成。这些暗扇区粒子可能与标准模型粒子发生微弱的相互作用，因此很难直接探测到它们。

NA64实验是一个尖端项目，旨在探测这些难以捉摸的暗扇区粒子。NA64实验利用欧洲核研究组织的超质子同步加速器产生一束高能μ子。μ子是与电子相似的基本粒子，但质量更大。NA64将这束微子射向固定靶，本质上为亚原子探索创造了一个碰撞区。

NA64实验采用了一种称为“缺失能量-动量”的技术。在这里，科学家们仔细测量进入碰撞区的粒子总能量和动量。如果发生暗扇区相互作用，部分能量和动量可能会被看不见的暗物质粒子带走，导致最终状态的不平衡。使用的μ子具有160 GeV/c的动量，实验寻找的是只检测到动量小于80 GeV/c的单个散射μ子的事件。

在最近发表在《物理评论快报》上的论文中，NA64合作组织报告了对涉及近200亿个靶μ子的实质性数据集的分析。该分析搜索了一个特定的特征：单个散射的μ子，其动量比入射束低，伴随着缺失的能量。这个特征将暗示初始μ子与暗扇区粒子相互作用，导致缺失的能量和μ子动量的变化。

虽然没有观察到与该特定特征匹配的事件，但空结果本身具有巨大的价值。它允许科学家们对一个假设的玻色子的存在设定新的限制。如果该玻色子存在，它可以解释μ子磁性中的微小差异，就是我们所熟悉的μ子g-2异常。

此外，该研究排除了由热暗物质遗留丰度所建议的参数空间的部分，缩小了暗物质粒子属性的可能性。因此，NA64的结果为未来的搜索提供了重要的指导，因为它们排除了某些模型和参数，将搜索聚焦在更有可能的候选者上。通过利用高能μ子，NA64探测了参数空间的新区域，有可能导致发现新的看不见的力和粒子。

NA64的未来是光明的。该合作组织相信，随着束流强度的增加，他们可以探索更大的参数空间，有可能在暗扇区领域取得突破性的发现。这为使用μ子束进行进一步探索铺平了道路，不仅在NA64，而且在其他实验中也是如此。

NA64的第一个结果标志着我们在探索暗宇宙的过程中迈出了关键的一步。通过仔细搜索相互作用的最微弱迹象，科学家们正在推动人类知识的边界。随着我们深入未知，我们不仅可能会揭示暗物质的性质，还可能会发现全新的力和粒子，这可能会彻底改变我们对宇宙的理解。