Вчені можуть по-новому заглянути в «темний світ» фізики.
У новій статті фізики-теоретики стверджують, що у них є новий план пошуку теоретичних частинок, які досі ніколи не спостерігалися. Ці частинки, що отримали назву довгоживучих частинок, або ЖЖ, можуть бути вікном у темну матерію та темну енергію, які разом складають 95% Всесвіту. Темна матерія здійснює гравітаційне тягання до звичайної матерії, а темна енергія, як вважається, спричиняє пришвидшення розширення Всесвіту. Але їх безпосередньо не можна спостерігати, тому що будь-які їх взаємодії зі світною речовиною Всесвіту слабкі, - сказав Чен Лю, докторантура з університету Меріленда.
"Вони не розмовляють з нами", - сказав Лю, один із дослідників, який працює над новим планом, "Live Science".
Але ЦІЖ можуть створити спосіб для темного світу спілкуватися зі світлим. І Лю, і його колеги вважають, що, налаштувавши деякі детектори в найбільшій атомній розгромі в світі, Великому адронному колайдері (LHC) поблизу Женеви, Швейцарія, фізики могли б їх знайти.
Паралельні світи
"Темний світ", також відомий як "прихований сектор", описує набір гіпотетичних частинок, які виходили б за рамки Стандартної моделі фізики. (Стандартна модель пояснює протони, нейтрони, електрони та всі дивні субатомні частинки, що йдуть разом з ними, такі як кварки, мюони, нейтрино та бозон Хіггса.)
Якщо вся "нормальна" матерія знаходиться в одній долині, темний світ знаходиться в паралельній долині на один хребет, сказав Лю. Для підйому на цей хребет потрібна величезна кількість енергії, тому частинки в долині темного світу сильно взаємодіють між собою, але лише трохи з тією, що знаходиться з іншого боку гори. Але деякі частинки можуть перейти через енергетичний бар'єр із темного світу в той, з яким ми зазвичай стикаємося через процес, який називається квантовим тунелюванням. Ці частки, ймовірно, не були б еквівалентами темної речовини стійких частинок, як протони чи нейтрони, сказав Лю, але, можливо, буде більше схожим на більш нестабільні частинки Стандартної моделі.
Саме ті тунельні частинки шукають дослідників. Але ці частинки, якщо вони існують, зустрічаються рідко, - сказав Ліантао Ванг, фізик-теоретик з університету Чикаго. LHC перелітає протони запаморочливо, створюючи 1 мільярд зіткнень в секунду. Ці зіткнення розбивають протони на величезну кількість відомих частинок Standard-Model. Для вчених, які шукають прихований сектор, усі ці частинки є просто шумом. Частинки, які їх цікавлять, сказав Ван, можуть з'являтися лише кілька разів на десятиліття.
Новий шлях
Ван разом із Лю та їх колегою Джія Лю є авторами нової роботи, опублікованої 3 квітня в журналі Physical Review Letters, пропонуючи спосіб зрозуміти ці рідкісні частинки.
Все зводиться до термінів. Вал LLP, сказав Ван, повинен бути масивним і пильним у порівнянні з частинками Standard-Model, які LHC створює оптом. Їх повільність пояснюється великою енергетичною перешкодою, яку їм доводиться долати, щоб справити враження на світ нормальної матерії, сказав Лю. Але темп равликів - також корисна особливість для фізиків. Більшість елементарних частинок у ЛГК подорожують зі швидкістю світла і швидко розпадаються. Наприклад, бозон Хіггса минув всього за 10 до мінус 22 секунд, перетворюючись на набір стабільніших частинок.
Хоча LLP повинні жити повільно - до десятої частини секунди, сказав Ван. Вони також подорожують повільніше, ніж швидкість світла. Тому налаштування детекторів LHC на пошук частинок, які запізнюються на їх датчики, має стати ключовим фактором для їх виявлення.
"Це дуже проста ідея, - сказав Ван, - але вона виявляється напрочуд ефективною".
Деякі з цих коригувань відбудуться, природно, з оновленнями LHC, які тривають зараз, сказав Лю. Зіткнення частинок знову відкриється в 2021 році, з детекторами, які зможуть виміряти терміни прибуття частинки в 10 разів точніше, ніж це в даний час, - сказав він. Звідси, за його словами, справа лише в декількох програмних налаштуваннях, щоб скористатися можливостями LHC та переконатися, що експериментальні фізики, які використовують колайдер, надають пріоритет пошуку. Тепер Ванг та Лю сказали, що вони та їхні колеги-експериментатори проводять низку зустрічей, щоб переконатися, що всі перебувають на одній сторінці.
"Це станеться", - сказав Лю.
