Maailma suurim aatomi purustaja võib kaotada oma tumeda aine. Kuid füüsikud saavad selgema pildi sellest, milline see kadunud tumeaine võiks välja näha - kui see isegi olemas on.
Genfis asuva suure hadronite põrkeseadme (LHC) väga suurte osakeste detektor ATLAS on kõige tuntum Higgsi bosoni avastamise kohta 2012. aastal. Nüüd on see hakanud jahtima veelgi eksootilisemaid osakesi - sealhulgas teoreetilisi "supersümmeetrilisi osakesi". "osakesi või partnerosakesi kõigile teadaolevatele osakestele universumis.
Kui supersümmeetria on tõeline, võiksid mõned neist osakestest selgitada meie universumis levinud nähtamatut tumeainet. Nüüd on märtsis ATLAS-ile keskendunud konverentsil esitatud paar tulemust, mis võimaldavad kõige täpsemat kirjeldust sellest, millised need hüpoteetilised osakesed peaksid välja nägema.
Nähtamatu asi
Varundame.
Tume aine on nähtamatu värk, mis võib moodustada suurema osa universumist. Selle olemasolu kahtlustamiseks on mitmeid põhjuseid, ehkki keegi seda ei näe. Kuid siin on kõige ilmsem: galaktikad on olemas.
Meie universumis ringi vaadates näevad teadlased, et galaktikad ei tundu piisavalt massiivsed, et siduda end koos nende nähtava tähe ja muu tavalise mateeria raskusega. Kui asjad, mida me nägime, oleksid olemas, triiviksid need galaktikad laiali. See viitab sellele, et mõni nähtamatu tumeaine on koondunud galaktikatesse ja hoiab neid koos raskusjõuga.
Kuid ükski teadaolevatest osakestest ei suuda selgitada galaktikate kosmilist võrku. Nii et enamik füüsikuid eeldab, et seal on midagi muud, mingisuguseid osakesi (või osakesi), mida me pole kunagi näinud, see moodustab kogu selle tumeda aine.
Eksperimentaalfüüsikud on nende küttimiseks ehitanud palju detektoreid.
Need katsed toimivad erineval viisil, kuid sisuliselt tähendavad paljud seda, et pannakse suur tükk asju väga pimedasse ruumi ja jälgitakse seda väga hoolikalt. Lõpuks jõuab teooria juurde, mõni osake tumedast ainest põrkub suureks tükiks ja põhjustab selle sära. Ja olenevalt kraami olemusest ja sädelustest saavad füüsikud teada, milline nägi välja tumeaine osake.
ATLAS kasutab vastupidist lähenemisviisi, otsides tumeda aine osakesi Maa ühest heledamast kohast. LHC on väga suur masin, mis purustab osakesed uskumatult suurtel kiirustel. Torude miilide sees on omamoodi pidev plahvatus nendest kokkupõrgetest moodustunud uute osakestega. Kui ATLAS avastas Higgsi bosoni, nägi see hunnikut Higgsi bosone, mille tegelikult LHC lõi.
Mõnede teoreetikute arvates võib LHC luua ka teatud tüüpi tumeda aine osakesi: teadaolevate osakeste supersümmeetrilisi partnereid. Sõna "supersümmeetria" viitab teooriale, mille kohaselt paljudel füüsikas teadaolevatel osakestel on avastamata "partnereid", mida on palju raskem tuvastada. Seda teooriat ei ole tõestatud, kuid kui see oleks tõsi, lihtsustaks see paljusid räpaseid võrrandeid, mis praegu osakeste füüsikat reguleerivad.
Samuti on võimalik, et sobivate omadustega supersümmeetrilised osakesed võivad osaliselt või täielikult puududa universumis olevast tumeainest. Ja kui neid tehakse LHC-s, peaks ATLAS seda suutma tõestada.
Supersümmeetriliste osakeste jaht
Kuid seal on probleem. Füüsikud on üha enam veendunud, et kui neid supersümmeetrilisi osakesi tehakse LHC-s, siis lendavad nad enne lagunemist detektorist välja. See on probleem, nagu Live Science on varem teatanud, kuna ATLAS ei tuvasta otseselt eksootilisi supersümmeetrilisi osakesi, vaid näeb selle asemel sagedamini esinevaid osakesi, milleks supersümmeetrilised osakesed pärast lagunemist muutuvad ... Kui supersümmeetrilised osakesed lasevad LHC-st välja enne lagunemist, Ent siis ATLAS seda allkirja ei näe. Nii et selle teadlased pakkusid välja loova alternatiivi: jahti, kasutades LHC miljonite osakeste kokkupõrgete statistikat, et tõestada, et midagi muud on puudu.
"Nende kohalolekut saab järeldada ainult kokkupõrke kadunud põikmomendi ulatuse kaudu," ütlesid teadlased avalduses.
Puuduva impulsi täpne mõõtmine on aga keeruline ülesanne.
"LHC tekitatud arvukate kattuvate kokkupõrgete tihedas keskkonnas võib olla raske eraldada tõelist võltsimisest", ütlesid teadlased ...
Siiani pole see jaht midagi tõestanud. Kuid see on kasulik teave. Kui konkreetne tumeaine eksperiment ebaõnnestub, annab see teadlastele teavet selle kohta, milline tumeaine välja ei näe. Füüsikud nimetavad seda kitsenemisprotsessi tumeda aine "piiravaks".
Need kaks märtsi tulemust, mis põhinevad sellel puuduva impulsi statistilisel jahil, näitavad, et kui eksisteerivad teatud supersümmeetrilised tumeaine kandidaadid (nn charginod, sleptonid ja supersümmeetrilised põhjakvargid), peavad neil olema erilised omadused, mida ATLAS pole veel välistanud.
Kui praegused supersümmeetriamudelid on õiged, peab charginosipaar olema vähemalt 447-kordne prootoni massist ja sleptoonipaar peab olema vähemalt 746-kordne prootoni massist.
Samamoodi peaks praeguste mudelite põhjal olema supersümmeetriline põhjakvark vähemalt 1545-kordne prootoni mass.
ATLAS on juba lõpetanud kergemate charginode, sleptoonide ja põhjakvarkide jahipidamise. Ja teadlaste sõnul on nad 95% kindlad, et neid pole olemas.
Mõnes mõttes näib tumeda aine jaht tekitavat pidevalt nullide leide, mis võib pettuda. Kuid need füüsikud on endiselt optimistlikud.
Need tulemused ütlesid nad avalduses, et "seavad olulised supersümmeetrilised stsenaariumid tugevatele piirangutele, mis suunavad ATLASi tulevasi otsinguid".
Selle tulemusel on ATLAS nüüd uus meetod tumeaine ja supersümmeetria jahipidamiseks. Pole lihtsalt veel leidnud tumedat ainet ega supersümmeetriat.
