Najveći svjetski razbijač atoma možda gubi tamnu materiju. Ali fizičari dobivaju jasniju sliku kako bi ta izgubljena tamna tvar mogla izgledati - ako ona uopće postoji.
ATLAS, detektor vrlo velikih čestica na ženevskom sudaraču velikog hadronskog sudara (LHC), najpoznatiji je po otkrivanju Higgsovog bozona 2012. godine. Sada je krenuo u potragu za još egzotičnijim česticama - uključujući teorijske "supersimetrične "čestice ili partnerove čestice svih poznatih čestica u svemiru.
Ako je supersimetrija stvarna, neke od tih čestica mogle bi objasniti nevidljivu tamnu tvar koja se širila po našem svemiru. Sada je par rezultata prezentiranih na konferenciji orijentiranoj na ATLAS u ožujku ponudio najprecizniji opis još kako bi te hipotetske čestice morale izgledati.
Neviđena materija
Vratimo se.
Tamna materija su nevidljive stvari koje mogu činiti većinu svemira. Postoji niz razloga za koje sumnjamo da postoji, iako to nitko ne može vidjeti. Ali evo najočitijeg: Galaksije postoje.
Gledajući po našem svemiru, istraživači mogu vidjeti da se galaksije ne čine dovoljno masivne da se vežu zajedno sa gravitacijom svojih vidljivih zvijezda i ostalih običnih materija. Kad bi sve što možemo vidjeti bilo bi, te galaksije bi se razišle. To sugerira da se neka nevidljiva tamna tvar skuplja u galaksijama i drži ih zajedno sa svojom gravitacijom.
Ali nijedna od poznatih čestica ne može objasniti kozmičku mrežu galaksija. Tako većina fizičara pretpostavlja da postoji nešto drugo, neka vrsta čestica (ili čestica) koje nikad nismo vidjeli, to je ono što čini svu tamnu tvar.
Eksperimentalni fizičari izgradili su mnogo detektora kako bi ih lovili.
Ovi eksperimenti djeluju na različite načine, ali u suštini, mnogi su stavili veliki komad stvari u vrlo mračnu sobu i pažljivo ga promatrali. Na kraju, teorija ide, neka čestica tamne materije zaletit će u veliki komad stvari i uzrokovati da blista. Ovisno o prirodi stvari i svjetlucanju, fizičari će naučiti kako je izgledala čestica tamne materije.
ATLAS koristi suprotan pristup, tražeći čestice tamne materije na jednom od najsjajnijih mjesta na Zemlji. LHC je vrlo velik stroj koji zajedno razbija čestice nevjerojatno velikim brzinama. Unutar milja cijevi svojevrsna je neprekidna eksplozija novih čestica koje nastaju u tim sudarima. Kad je ATLAS otkrio Higgsov bozon, ugledao je gomilu Higgsovih bozona koji su ustvari stvorili LHC.
Neki teoretičari misle da bi LHC mogao stvarati i specifične vrste čestica tamne materije: super-simetrični partneri poznatih čestica. Riječ "supersimetrija" odnosi se na teoriju da su mnoge poznate čestice u fizici otkrile "partnere" koje je mnogo teže otkriti. Ova teorija nije dokazana, ali ako je istina, pojednostavit će mnoge neuredne jednadžbe koje trenutno upravljaju fizikom čestica.
Moguće je i da su nad-simetrične čestice s pravim svojstvima mogle objasniti neke ili sve tamne materije koje nedostaju u svemiru. A ako se proizvode u LHC-u, ATLAS bi trebao biti u mogućnosti to dokazati.
Lov na supersimetrične čestice
Ali postoji problem. Fizičari se sve više uvjeravaju da ako se te super-simetrične čestice izrade u LHC-u, oni lete van detektora prije propadanja. To je problem, kao što je Live Science ranije izvijestio, jer ATLAS ne otkriva izravno egzotične super-simetrične čestice, već umjesto toga vidi češće čestice u koje se superzimetrične čestice pretvaraju nakon što propadnu ... Ako supersimetrične čestice pucaju iz LHC-a prije raspada, iako ATLAS ne može vidjeti taj potpis. Stoga su njegovi istraživači smislili kreativnu alternativu: Lov koristeći statistike o milijunskim sudarima čestica u LHC-u za dokaz da nešto drugo nedostaje.
"Njihova se prisutnost može zaključiti samo veličinom nestalog poprečnog zamaha sudara", naveli su istraživači u izjavi.
Precizno mjerenje nestalog zamaha je težak zadatak.
"U gustom okruženju brojnih sudara koji se preklapaju generirani od strane LHC-a, teško je odvojiti istinski od lažnog" zamaha, rekli su istraživači ...
Do sada taj lov nije pojavio ništa. Ali to su korisne informacije. Kad god određeni eksperiment s tamnom tvari ne uspije, pruža istraživačima informacije o tome kako tamna tvar ne izgleda. Fizičari taj postupak sužavanja nazivaju "ograničavanjem" tamne materije.
Ta dva rezultata u ožujku, zasnovana na statističkom lovu na nestali zamah, pokazuju da ako postoje određeni supersimetrični kandidati za tamnu tvar (zvani charginovi, sleptoni i supersimetrični dnovi kvarkovi), oni moraju imati posebne karakteristike koje ATLAS još nije isključio.
Ako su trenutni modeli supersimetrije ispravni, par chargina mora biti najmanje 447 puta veći od mase protona, a par sleptona mora biti najmanje 746 puta veći od mase protona.
Slično tome, prema trenutnim modelima, supersimetrični dorski kvark trebao bi biti barem 1545 puta veći od mase protona.
ATLAS je već završio lov na lakše automobile, šlepove i donje kvarkove. A istraživači su rekli da su 95% sigurni da ne postoje.
U nekom pogledu, čini se da lov na tamnu tvar stalno daje nužne nalaze, što može biti razočaravajuće. Ali ti fizičari ostaju optimistični.
Ovi rezultati, naveli su u izjavi, "stavljaju snažna ograničenja na važne super-simetrične scenarije, koji će usmjeriti buduća ATLAS pretraživanja".
Kao rezultat toga, ATLAS sada ima novu metodu lova na tamnu tvar i supersimetriju. Jednostavno još nije pronašlo tamnu tvar ili supersimetriju.
