Найбільший у світі атомний рушій може втратити свою темну речовину. Але фізики отримують більш чітке уявлення про те, як може виглядати ця втрачена темна речовина - якщо вона навіть існує.
ATLAS - детектор дуже великих частинок на Женевському великому адронному колайдері (LHC), відомий тим, що виявив бозон Хіггса ще в 2012 році. Тепер він перейшов до полювання на ще більш екзотичні частинки - включаючи теоретичні "суперсиметричні" "частинки або партнерські частинки з усіма відомими частинками у Всесвіті.
Якщо суперсиметрія справжня, деякі з цих частинок можуть пояснити небачену темну речовину, поширену по всьому світобудові. Тепер пара результатів, представлена на конференції, орієнтованій на ATLAS у березні, запропонувала найбільш точний опис того, як повинні виглядати ці гіпотетичні частинки.
Невидима матерія
Давайте створимо резервну копію.
Темна матерія - це небачені речі, які можуть становити більшу частину Всесвіту. Існує низка причин підозрювати, що вона існує, хоча ніхто її не може побачити. Але ось найочевидніший: Галактики існують.
Оглядаючи наш Всесвіт, дослідники можуть побачити, що галактики не здаються достатньо масивними, щоб зв’язати себе разом із силою тяжіння своїх видимих зірок та інших звичайних речовин. Якби там все, що ми могли бачити, ці галактики розійдуться. Це говорить про те, що якась невидима темна речовина скупчується в галактиках і тримає їх разом із своєю гравітацією.
Але жодна з відомих частинок не може пояснити космічну павутину галактик. Тож більшість фізиків припускають, що там є щось інше, якась частинка (або частинки), яку ми ніколи не бачили, і це складається з усієї цієї темної матерії.
Експериментальні фізики побудували багато детекторів для полювання на них.
Ці експерименти працюють по-різному, але, по суті, багато хто зводить до того, щоб помістити великий шматок речі в дуже темну кімнату і дуже уважно спостерігати за нею. Врешті-решт, теорія іде, якась частинка темної речовини потрапить у великий шматок речі і призведе до її блиску. І залежно від характеру речі та блискучого, фізики дізнаються, як виглядала частинка темної речовини.
ATLAS застосовує протилежний підхід, шукаючи частинки темної речовини в одному з найяскравіших місць на Землі. LHC - це дуже велика машина, яка розбирає частинки разом з неймовірно високими швидкостями. Всередині миль трубок - це своєрідний вибух нових частинок, що утворюються в цих зіткненнях. Коли ATLAS виявив бозон Хіггса, те, що він побачив, було купою Хіггсових бозонів, які були фактично створені LHC.
Деякі теоретики вважають, що LHC також може створювати конкретні види частинок темної речовини: надсиметричні партнери відомих частинок. Слово "суперсиметрія" відноситься до теорії про те, що багато з відомих у фізиці частинок не виявили "партнерів", які виявити набагато важче. Ця теорія не була доведена, але якби це було правдою, вона спростила б безліч брудних рівнянь, які зараз керують фізикою частинок.
Можливо також, що надсиметричні частинки з правильними властивостями можуть спричиняти частину або всі зниклі темні речовини у Всесвіті. І якщо вони виробляються в LHC, ATLAS повинен мати можливість це довести.
Полювання на суперсиметричні частинки
Але є проблема. Фізики все більше переконуються в тому, що якщо ці суперсиметричні частинки виробляються в ЛГК, вони вилітають з детектора, перш ніж розкладатися. Це проблема, як раніше повідомляла Live Science, оскільки ATLAS не виявляє безпосередньо екзотичні надсиметричні частинки, а натомість бачить більш поширені частинки, до яких надсиметричні частинки перетворюються після їх розпаду… Якщо надсиметричні частинки вистрілюють із ЛГК перед розпадом, однак, тоді ATLAS не бачить цього підпису. Тож його дослідники придумали креативну альтернативу: Полювання, використовуючи статистику мільйонів зіткнень частинок у LHC, для підтвердження того, що чогось іншого немає.
"Про їх присутність можна зробити висновок лише за величиною пропущеного поперечного імпульсу зіткнення", - сказано в повідомленні дослідників.
Точне вимірювання відсутнього імпульсу є складним завданням.
"У щільному середовищі численних зіткнень, що перекриваються, породжених LHC, важко відокремити справжній від фальшивого" імпульсу, вважають дослідники ...
Поки що в цьому полюванні нічого не з'явилося. Але це корисна інформація. Кожен раз, коли конкретний експеримент із темною речовиною не вдається, він надає дослідникам інформацію про те, як виглядає темна речовина. Фізики називають цей процес звуження «стримуючим» темною речовиною.
Результати цих двох березня, засновані на статистичному полюванні на відсутність імпульсу, показують, що якщо існують певні суперсиметричні кандидати на темну речовину (звані чаргіно, шлептони та суперсиметричні донні кварки), вони повинні мати особливі характеристики, які ATLAS ще не виключив.
Якщо сучасні моделі суперсиметрії є правильними, пара чаргінів повинна бути принаймні в 447 разів перевищує масу протона, а пара слептонів повинна бути не менше 746 разів перевищує масу протона.
Аналогічно, на основі сучасних моделей, суперсиметричний нижній кварк повинен був бути не менше 1545 разів більшим від маси протона.
ATLAS вже завершив полювання на більш легкі кергіно, шлептони та донні кварки. І дослідники сказали, що вони на 95% впевнені, що їх не існує.
У деяких аспектах полювання на темну речовину, здається, постійно дає нульові висновки, що може розчарувати. Але ці фізики залишаються оптимістичними.
Ці результати, вони зазначають у заяві, "ставлять сильні обмеження у важливих суперсиметричних сценаріях, які керуватимуть майбутніми пошуками ATLAS".
Як результат, ATLAS тепер має новий метод полювання на темну речовину та суперсиметрію. Просто ще не траплялося знайти жодної темної речовини або суперсиметрії.
