Дали бозонът на Хигс ще помогне на учените да улавят тъмната материя?

Визуализация на тъмната материя. Изображение чрез Zarija Lukic / Berkeley Lab.

Тази история се появи първоначално като „Учените измислят начин да хванат мистериозната частица„ тъмен свят “при голям адронов колайдер“ от Луис Лернер от UChicgo News

Сега, когато са идентифицирали бозона на Хигс, учените от Големия адронен колайдер (LHC) - най-големият и най-мощен ускорител на частици в света - са насочили своите гледки към още по-неуловима цел.

Какво точно представлява богът на Хигс?

Навсякъде около нас е тъмна материя и тъмна енергия - невидимите неща, които свързват галактиката заедно, но които никой не успя да открие директно. LianTao Wang е професор по физика в Чикагския университет, който изучава как да намира сигнали в големи ускорители на частици като LHC. Ванг каза:

Знаем със сигурност, че има тъмен свят и в него има повече енергия, отколкото има в нашия.

Уанг, заедно с учени от Чикагския университет и свързаната с него Фермилаб, мислят, че те може да успеят да ни доведат до нейните следи; в документ, публикуван на 3 април 2019 г. в „ Физически преглед писма“, те изложиха иновативен метод за дебнене на тъмната материя в LHC чрез използване на малко по-ниската скорост на потенциална частица.

Големият адронов колайдер (LHC) е най-голямата машина в света. Той се намира в тунел на 575 фута (175 метра) под границата между Франция и Швейцария. Изображение чрез CERN.

Докато тъмният свят съставлява повече от 95 процента от Вселената, учените знаят, че той съществува от неговите ефекти - подобно на полтергейст можете да видите само когато избута нещо от рафта. Например знаем, че има тъмна материя, защото можем да видим гравитацията, която действа върху нея - тя помага да не се разнасят нашите галактики.

Теоретиците смятат, че има един особен вид тъмна частица, която само от време на време взаимодейства с нормалната материя. Той би бил по-тежък и дълготраен от другите известни частици, с живот до една десета от секундата. Няколко пъти за десетилетие, според изследователите, тази частица може да бъде уловена в сблъсъците на протони, които LHC непрекъснато създава и измерва. Ванг каза:

Една особено интересна възможност е тези дълголетни тъмни частици да бъдат свързани по някакъв начин с Хигсовия бозон - че Хигс всъщност е портал към тъмния свят.

Уанг има предвид бозона на Хигс - последната задържана частица в голямата теория на физиците за това как работи Вселената, открита в LHC през 2012 г. Той каза:

Възможно е Хигс действително да се разпадне в тези дълголетни частици.

Единственият проблем е подреждането на тези събития от останалите; има повече от милиард сблъсъци в секунда в 27-километровия LHC и всеки един от тях изпраща субатомно пляво, пръскащо във всички посоки.

Докторантура от Уанг, Чикагския университет Джия Лю и ученът от Фермилаб Джен Лиу (сега в Университета на Мериленд) предложиха нов начин за търсене чрез използване на един конкретен аспект на такава тъмна частица. Лиу, първият автор на изследването, каза:

Ако тя е толкова тежка, това струва енергия за производство, така че нейният импулс не би бил голям - би се движил по-бавно от скоростта на светлината.

Това забавяне ще го отдели от всички останали нормални частици. Учените ще трябва само да оправят системата, за да търсят частици, които се получават и след това да се разпадат малко по-бавно от всичко останало.

Разликата е от порядъка на наносекунда милиардна част от секунда или по-малка. Но LHC вече има достатъчно сложни детектори, за да улови тази разлика; скорошно проучване, използващо данни, събрани от последния цикъл, откри, че методът трябва да работи, плюс детекторите ще станат още по-чувствителни като част от актуализацията, която в момента се извършва. Лю каза:

Предполагаме, че този метод ще увеличи чувствителността ни към дълговечните тъмни частици с повече от порядък - докато използваме възможностите, които вече имаме в LHC.

Експерименталистите вече работят за изграждането на капана: Когато LHC се включи отново през 2021 г., след като повиши светимостта си десетократно, и трите основни детектора ще внедрят новата система, казват учените. Лю каза:

Смятаме, че има голям потенциал за откриване.

Ванг добави:

Ако частицата е там, просто трябва да намерим начин да я изкопаем. Обикновено ключът е намирането на въпроса за задаване.

Долен ред: Сега, когато те идентифицираха бозона на Хигс, учените от Големия адронен колайдер са насочили погледа си към още по-неуловима цел - тъмна материя и тъмна енергия.

Източник: Усъвършенстване на търсенията с дълготрайни частици в LHC с прецизна информация за времето