Одной из самых больших загадок современной физики — это то, что около 85 процентов материи в нашей Вселенной являются темной материей, которая не взаимодействует ни с обычной материей, ни с электромагнитными волнами, в том числе и фотонами света. Из-за этого темную материю невозможно увидеть даже при помощи самых чувствительных научных инструментов, единственным проявлением является ее гравитация, которая оказывает воздействие на звезды, галактики и свет, путешествующий в космосе на огромные расстояния.

Согласно некоторым имеющимся теориям, темная материя, помимо своей гравитации, может воздействовать на обычную материю через некоторый новый вид фундаментальных сил, который пока еще неизвестен ученым. По аналогии с фотоном света, который является одновременно и частицей, и квантом электромагнитного излучения, должен существовать носитель этих неизвестных сил, так называемый темный фотон, который может выступать в роли «посредника» при взаимодействии обычной и темной материи.

«Два человека, говорящие на разных языках, вряд ли смогут договориться о чем-нибудь. Однако их диалог может быть продуктивен при помощи третьего человека — переводчика, который одинаково хорошо говорит на обоих языках» — рассказывает Сергей Гниненко, ученый, работающий в рамках эксперимента Европейской организации ядерных исследований CERN под названием NA64, — «И в данном случае темный фотон, понимающий «язык» различных законов физики, может выступить в качестве посредника между обычной и темной материей».

Оборудование эксперимента NA64 производит поиски взаимодействия обычной и темной материи при помощи одного из главных физических законов — закона сохранения энергии. Луч электронов, разогнанных строго до определенной энергии, нацелен на поверхность датчика. Во время столкновений электронов с ядрами атомов материала датчика возникают фотоны света и производятся измерения энергии этих фотонов. Согласно закону сохранения энергии, энергия фотонов должна равняться энергии электронов. Однако, если в процессе столкновения будут «рождены» темные фотоны, то они унесут с собой на «темную сторону» часть энергии электронов, что будет зарегистрировано высокочувствительным датчиком.

Таким образом, «подписью» темных фотонов станет некоторое количество недостающей энергии, которую невозможно объяснить процессами, в которых принимают участие обычные частицы. Однако, если утечка энергии на «темную сторону» все же будет зарегистрирована, это еще не станет прямым доказательством существования темных фотонов, а будет лишь большим намеком на возможность их существования. Но как бы там ни было, собираемые в ходе эксперимента NA64 данные могут обеспечить прорыв в понимании природы таинственной темной материи.