Acum, când oamenii de știință au găsit bosonul Higgs, Marele Colidar de Hadron va căuta o țintă și mai evazivă: materia întunecată. Suntem înconjurați de materie întunecată și energie întunecată - substanțe invizibile care leagă galaxiile, dar nu se dau pe sine. Noua lucrare prezintă o metodă inovatoare de căutare a materiei întunecate de către colizorul de Hadroni Mari prin exploatarea vitezei relativ lente a unei particule potențiale.
Lumea întunecată a materiei întunecate
„Știm sigur că există o lume întunecată și că există mai multă energie decât a noastră”, spune Lien-Tao Wong, profesor de fizică la Universitatea din Chicago, care cercetează căutarea semnalelor în acceleratoarele de particule mari precum LHC. Lucrarea a fost publicată în Physical Review Letters.
Deși lumea întunecată constituie mai mult de 95% din univers, oamenii de știință știu doar despre existența sa din efectele pe care le are - ca un poltergeist, care este vizibil numai dacă ceva se mișcă pe un raft sau când o lumină clipește. De exemplu, știm despre existența materiei întunecate, pentru că vedem efectul său gravitațional - ajută galaxiile noastre să nu zboare în afară.
Teoreticienii cred că există un singur tip special de particule întunecate care poate interacționa periodic cu materia obișnuită. Va fi mai greu și va dura mai mult decât alte particule cunoscute - până la o zecime de secundă. Potrivit oamenilor de știință, de câteva ori pe un deceniu o astfel de particulă poate fi prinsă în coliziuni de protoni la LHC, care apar și sunt măsurate constant.
„O posibilitate deosebit de interesantă este aceea că aceste particule întunecate de lungă durată sunt cumva legate de bosonul Higgs - că Higgs este de fapt un portal către lumea întunecată”, spune Wong, referindu-se la ultimii fizicieni cu particule descoperite în marea teorie a modului în care funcționează universul. … Bosonul Higgs a fost descoperit la LHC în 2012. „Poate că Higgs-ul se poate descompune de fapt în aceste particule de lungă durată.”
Singura problemă este separarea acestor evenimente de restul; la LHC de 27 de kilometri, se înregistrează mai mult de un miliard de coliziuni pe secundă, fiecare dintre ele expulzând spray subatomic în toate direcțiile.
Video promotional:
Oamenii de știință au propus o nouă metodă de căutare folosind un aspect particular al unei astfel de particule întunecate. „Dacă este atât de greu, necesită energie pentru a produce, deci impulsul nu va fi mare - va călători mai lent decât viteza luminii”, spune Jia Liu, primul autor al studiului.
Această întârziere o va face să iasă în evidență de restul particulelor. Oamenii de știință trebuie doar să regleze sistemul pentru a găsi particulele pe care le produce. Diferența constă în intervalul unei nanosecunde - o miliardime de secundă - sau mai puțin. Dar LHC are deja detectoare destul de inteligente pentru a ridica această diferență; un studiu recent folosind date colectate de la ultima lansare a colizorului a arătat că această metodă ar trebui să funcționeze, plus detectoarele vor deveni și mai sensibile cu viitoarea actualizare.
„Ne așteptăm ca această metodă să ne sporească sensibilitatea la particule întunecate de lungă durată cu mai multe ordine de mărime - în timp ce să beneficiem de capacitățile pe care LHC le are deja”, spune Liu. Experimentatorii lucrează deja la crearea unei capcane. Când LHC se pornește din nou în 2021, după o creștere de 10 ori a luminozității, toate cele trei detectoare principale vor fi echipate cu un nou sistem.
„Credem că există un potențial mare de descoperire. Dacă există o particulă, vom avea o modalitate de a o extrage."
Ilya Khel
