Die Experimente NA64 und NA62 befinden sich in der North Area des CERN und erhalten Strahlen des Super Proton Synchrotron (SPS). Sie suchen nach Dunkler Materie und ergänzen Suchprojekte am LHC, da sie einen anderen Energiebereich abdecken. Die Teams beider Experimente veröffentlichten kürzlich neue Ergebnisse.
Dunkle Materie scheint nicht mit unserer sichtbaren Materie zu interagieren, aber macht den Großteil unseres Universums aus. Wissenschaftler vermuten, dass der Dunkle Sektor über sogenannte Mediatoren mit dem Standardmodell interagiert. Diese Mediatoren könnten beispielsweise ein Dunkles Photon, ein Dunkles Skalarboson und ein Axion sein, die anhand ihrer Art der Wechselwirkungen mit den Teilchen des Standardmodells unterschieden werden könnten.
Das NA62-Experiment wurde entworfen, um den ultraseltenen Zerfall eines Kaons in ein geladenes Pion und zwei Neutrinos zu untersuchen und hat jetzt nach möglichen Beiträgen von Dunkle-Materie-Teilchen zu einem anderen seltenen Kaonzerfall gesucht. Die Forscher nutzten einen hauptsächlich aus Pionen und Kaonen bestehenden Strahl durch Abfeuern des 400 GeV/c SPS-Protonenstrahls auf ein Berylliumziel. Der seltene Zerfall eines Kaons in ein Pion und ein Photonenpaar, das anschließend in zwei Elektron-Positron-Paare zerfällt, ist besonders interessant, weil Dunkle Bosonen – hypothetisch – in dieselben Endstadien zerfallen würden wie die Photonen im Standardmodell.
Obwohl die Experimentalphysiker keine Hinweise auf solch einen seltenen Zerfall oder auf ein Dunkles Boson fanden, setzten sie die bislang strengsten Obergrenzen durch die Analyse von Daten, die 2017 und 2018 aufgezeichnet wurden. Außerdem schlossen die Physiker das Axion als mögliche Erklärung für die 17Me/c2 ATOMKI-Anomalie aus und bestätigten damit frühere Ergebnisse des NA64-Experiments.
Die NA64 Collaboration sucht nach unsichtbaren, leichten Dunkle-Materie-Teilchen, die mit den Teilchen des Standardmodells durch ein mögliches Dunkles Photon interagieren. Mittels Elektronenkollisionsdaten, die zwischen 2016 und 2022 gesammelt wurden und die dem Äquivalent von 9,4*1011 Kollisionen mit dem Ziel entsprechen, begann NA64 erstmals die sehr spannende Region des Parameterraums zwischen zwei wichtigen Dunkle-Materie-Modellen zu untersuchen. Der Datensatz schließt führende Dunkle-Materie-Kandidaten unterhalb des GeV-Bereichs mit einer Verbindung zwischen den Dunkle-Materie-Teilchen und dem Dunklen Photon für einen Massenbereich der Dunkle-Materie-Teilchen aus, was beide Modelle verwirft.
Um diese Ergebnisse zu erhalten, nutzte das NA64-Experiment einen 100 GeV/c-Elektronenstrahl, der durch Protonen erzeugt wurde, welche mit einem fixen Ziel interagierten. Die Collaboration verwendete einen aktiven Beam Dump und versuchte das hypothetische Dunkle Photon zu rekonstruieren, sowohl durch sichtbare Elektron-Positron-Paare als auch durch die fehlende Energie aufgrund unsichtbarer Zerfallsprozesse.
(THK)
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