Sada kada su znanstvenici pronašli Higgsov bozon, Veliki hadronski sudarač potražit će još neuhvatljiviji cilj: tamnu tvar. Okruženi smo tamnom materijom i tamnom energijom - nevidljivim tvarima koje vežu galaksije, ali se ne daju. Novo djelo opisuje inovativnu metodu pretraživanja tamne materije Velikim hadronskim sudaračem iskorištavajući relativno malu brzinu potencijalne čestice.
Mračni svijet tamne materije
"Sigurno znamo da postoji mračni svijet i da u njemu ima više energije nego kod nas", kaže Lien-Tao Wong, profesorica fizike na Sveučilištu u Chicagu koja istražuje potragu za signalima u velikim akceleratorima čestica poput LHC-a. Rad je objavljen u Physical Review Letters.
Iako tamni svijet čini više od 95% svemira, znanstvenici znaju za njegovo postojanje samo od učinaka koje ima - poput poltergeista, koji je vidljiv samo ako se nešto pomiče na polici ili kad treperi svjetlost. Na primjer, znamo za postojanje tamne materije, jer vidimo njezin gravitacijski učinak - pomaže našim galaksijama da se ne lete.
Teoretičari vjeruju da postoji jedna posebna vrsta tamnih čestica koja može povremeno komunicirati s običnom materijom. Bit će teži i trajat će duže od ostalih poznatih čestica - do jedne desetine sekunde. Prema znanstvenicima, nekoliko puta desetljeća takva se čestica može uhvatiti u sudarima protona na LHC-u, koji se događaju i stalno se mjere.
"Jedna posebno zanimljiva mogućnost je da su ove dugovječne tamne čestice na neki način povezane sa Higgsovim bozonom - da je Higgs zapravo portal mračnom svijetu", kaže Wong, pozivajući se na posljednje fizičare čestica koje su otkrivene u velikoj teoriji o tome kako svemir djeluje. … Higgsov bozon otkriven je na LHC-u 2012. godine. "Možda se Higgs doista može raspasti u ove dugovječne čestice."
Jedini je problem odvojiti te događaje od ostalih; na 27 km udaljenom LHC-u dolazi do više od milijarde sudara u sekundi, a svaki od njih šalje subatomski sprej u svim smjerovima.
Promotivni video:
Znanstvenici su predložili novu metodu pretraživanja koristeći jedan poseban aspekt tako mračne čestice. "Ako je toliko težak, zahtijeva da se proizvodi energija, pa zamah neće biti velik - putovat će sporije od brzine svjetlosti", kaže Jia Liu, prva autorica studije.
Ovo vremensko kašnjenje izdvojit će se od ostalih čestica. Znanstvenici trebaju samo izravnati sustav kako bi pronašli čestice koje stvara. Razlika leži u rasponu nanosekunde - jednu milijardu sekunde - ili manje. Ali LHC već ima dovoljno pametne detektore da prihvati tu razliku; nedavno istraživanje koje je koristilo podatke prikupljene tijekom posljednjeg lansiranja sudara pokazalo je da ova metoda treba raditi, plus detektori će postati još osjetljiviji s nadolazećom nadogradnjom.
"Očekujemo da će ova metoda povećati našu osjetljivost na dugovječne mračne čestice za nekoliko reda veličine - istovremeno iskorištavajući mogućnosti koje LHC već ima", kaže Liu. Eksperimenti već rade na stvaranju zamke. Kad se LHC ponovno uključi u 2021. godinu, nakon 10-puta povećanja svjetline, sva tri glavna detektora bit će opremljena novim sustavom.
„Mislimo da postoji veliki potencijal za otkriće. Ako postoji čestica, imat ćemo način da je izdvojimo."
Ilya Khel
