Teraz, keď vedci našli Higgsov bozón, Veľký Hadron Collider bude hľadať ešte nepolapiteľnejší cieľ: temnú hmotu. Sme obklopení temnou hmotou a temnou energiou - neviditeľnými látkami, ktoré viažu galaxie, ale nedávajú sa preč. Nová práca načrtáva inovatívny spôsob vyhľadávania temnej hmoty pomocou veľkého hadrónového urýchľovača využívaním relatívne pomalej rýchlosti potenciálnej častice.
Temný svet temnej hmoty
„Určite vieme, že existuje temný svet a je v ňom viac energie ako náš,“hovorí Lien-Tao Wong, profesor fyziky na Chicagskej univerzite, ktorý skúma vyhľadávanie signálov vo veľkých urýchľovačoch častíc, ako je LHC. Práca bola uverejnená v listoch o fyzických recenziách.
Hoci temný svet tvorí viac ako 95% vesmíru, vedci vedia o jeho existencii iba z účinkov, ktoré má - ako poltergeista, ktorý je viditeľný iba vtedy, ak sa niečo pohybuje na polici alebo keď bliká svetlo. Napríklad vieme o existencii temnej hmoty, pretože vidíme jej gravitačný účinok - pomáha našim galaxiám nelietať sa.
Teoretici sa domnievajú, že existuje jeden špeciálny druh temnej častice, ktorý môže pravidelne interagovať s bežnou hmotou. Bude ťažší a vydrží dlhšie ako iné známe častice - až do desatiny sekundy. Podľa vedcov je možné takúto časticu niekoľkokrát desaťročie zachytiť pri zrážkach protónov v LHC, ktoré sa vyskytujú a sú neustále merané.
„Jedna obzvlášť zaujímavá možnosť je, že tieto tmavé častice s dlhou životnosťou sú nejakým spôsobom spojené s Higgsovým bozónom - že Higgs je v skutočnosti portálom temného sveta,“hovorí Wong, odvolávajúc sa na fyzikov posledných častíc objavených vo veľkej teórii o fungovaní vesmíru. … Higgsov bozón bol objavený na LHC v roku 2012. "Možno sa Higgs skutočne môže rozpadnúť na tieto dlho žijúce častice."
Jediným problémom je oddelenie týchto udalostí od ostatných; na 27 km LHC dochádza k viac ako miliarde zrážok za sekundu, z ktorých každá vysiela subatomický sprej vo všetkých smeroch.
Propagačné video:
Vedci navrhli novú metódu vyhľadávania využívajúcu jeden konkrétny aspekt takejto tmavej častice. „Ak je taká ťažká, vyžaduje si energiu na výrobu, takže hybnosť nebude veľká - pôjde pomalšie ako rýchlosť svetla,“hovorí Jia Liu, prvá autorka štúdie.
Toto časové oneskorenie spôsobí, že bude vynikať od ostatných častíc. Vedci len potrebujú vylepšiť systém, aby našli častice, ktoré produkujú. Rozdiel spočíva v rozsahu nanosekundy - jednej miliardytiny sekundy - alebo menej. LHC však už má dosť inteligentných detektorov, aby tento rozdiel zachytili; nedávna štúdia s použitím údajov zozbieraných od posledného spustenia kolízora ukázala, že táto metóda by mala fungovať, a detektory sa stanú ešte citlivejšími na nadchádzajúcu aktualizáciu.
„Očakávame, že táto metóda zvýši našu citlivosť na tmavé častice s dlhou životnosťou o niekoľko rádov - pričom využije možnosti, ktoré LHC už má,“hovorí Liu. Experti už pracujú na vytvorení pasce. Keď sa LHC znovu zapne v roku 2021, po desaťnásobnom zvýšení svietivosti budú všetky tri hlavné detektory vybavené novým systémom.
„Myslíme si, že existuje veľký potenciál na objavenie. Ak existuje nejaká častica, budeme ju môcť extrahovať. ““
Ilja Khel