Сега, когато учените са открили бозона на Хигс, Големият адронен сблъсък ще търси още по-неуловима цел: тъмна материя. Ние сме заобиколени от тъмна материя и тъмна енергия - невидими вещества, които свързват галактики, но не се отдават. Новата работа очертава иновативен метод за търсене на тъмна материя от Големия адронен колайдер чрез използване на относително ниската скорост на потенциална частица.
Тъмният свят на тъмната материя
„Ние знаем със сигурност, че има тъмен свят и в него има повече енергия от нашия“, казва Лиен-Дао Вонг, професор по физика в Чикагския университет, който изследва търсенето на сигнали в големи ускорители на частици като LHC. Работата е публикувана в „Физически преглед писма“.
Въпреки че тъмният свят съставлява повече от 95% от Вселената, учените знаят за неговото съществуване само от ефектите, които има - като полтергейст, който се вижда само ако нещо се движи по рафт или когато мига светлина. Например, ние знаем за съществуването на тъмна материя, защото виждаме нейното гравитационно действие - помага на нашите галактики да не се разминават.
Теоретиците смятат, че има един специален вид тъмни частици, които могат да взаимодействат периодично с обикновената материя. Той ще бъде по-тежък и ще издържи по-дълго от другите известни частици - до една десета от секундата. Според учените няколко пъти в десетилетие такава частица може да бъде хваната при сблъсъци на протони в LHC, които се случват и се измерват постоянно.
„Една особено интересна възможност е тези дълголетни тъмни частици по някакъв начин да са свързани с бозона на Хигс - че Хигс всъщност е портал към тъмния свят“, казва Вонг, визирайки последните физици на частици, открити в голямата теория за това как работи Вселената. … Бозонът на Хигс е открит в LHC през 2012 година. „Може би Хигс действително може да се разпадне в тези дълголетни частици.“
Единственият проблем е да отделим тези събития от останалите; при 27-километровия LHC има повече от милиард сблъсъци в секунда, всеки от които изпраща субатомно пръскане във всички посоки.
Промоционално видео:
Учените предложиха нов метод на търсене, използвайки един конкретен аспект на такава тъмна частица. „Ако е толкова тежък, той изисква енергия, за да произведе, така че импулсът няма да бъде голям - ще пътува по-бавно от скоростта на светлината“, казва Джия Лю, първият автор на изследването.
Това забавяне ще изпъкне от останалите частици. Учените трябва само да ощипнат системата, за да намерят частиците, които произвежда. Разликата се състои в обхвата на наносекунда - една милиардна част от секундата - или по-малко. Но LHC вече разполага с достатъчно интелигентни детектори, за да се ориентира към тази разлика; скорошно проучване, използващо данни, събрани от последното изстрелване на коллайдера, показа, че този метод трябва да работи, плюс детекторите ще станат още по-чувствителни с предстоящото надграждане.
„Очакваме този метод да повиши чувствителността ни към дълговечните тъмни частици с няколко порядъка - като същевременно ще използва възможностите, които LHC вече има“, казва Лю. Експериментаторите вече работят върху създаването на капан. Когато LHC се включи отново през 2021 г., след 10-кратно увеличение на осветеността, и трите основни детектора ще бъдат оборудвани с нова система.
„Смятаме, че има голям потенциал за откриване. Ако има частица, ще имаме начин да я извлечем."
Иля Кел
