Ο μεγαλύτερος θρυμματιστής του κόσμου μπορεί να χάσει τη σκοτεινή ύλη του. Αλλά οι φυσικοί παίρνουν μια σαφέστερη εικόνα για το τι μπορεί να μοιάζει η χαμένη σκοτεινή ύλη - αν υπάρχει ακόμη.
Ο ΑΤΛΑΣ, ο ανιχνευτής πολύ μεγάλων σωματιδίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) με έδρα τη Γενεύη, είναι γνωστός για την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012. Τώρα έχει κινηθεί για να κυνηγάει ακόμα πιο εξωτικά σωματίδια - συμπεριλαμβανομένων των θεωρητικών "υπερσυμμετρικών "σωματίδια ή σωματίδια συνεργατών σε όλα τα γνωστά σωματίδια του σύμπαντος.
Αν η υπερσυμμετρία είναι πραγματική, μερικά από αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν να εξηγήσουν την αόρατη σκοτεινή ύλη που απλώνεται στο σύμπαν μας. Τώρα, ένα ζευγάρι των αποτελεσμάτων που παρουσιάστηκαν σε συνέδριο επικεντρωμένο στην ATLAS τον Μάρτιο, προσέφερε την ακριβέστερη περιγραφή ακόμα για το τι θα πρέπει να μοιάζουν με αυτά τα υποθετικά σωματίδια.
Ανεπίσημο θέμα
Ας δημιουργήσουμε αντίγραφα ασφαλείας.
Η σκοτεινή ύλη είναι τα αόρατα πράγματα που μπορεί να αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος. Υπάρχουν αρκετοί λόγοι για να υποψιαστεί ότι υπάρχει, παρόλο που κανείς δεν μπορεί να το δει. Αλλά εδώ είναι η πιο προφανής: Υπάρχουν γαλαξίες.
Κοιτώντας γύρω από το σύμπαν μας, οι ερευνητές μπορούν να δουν ότι οι γαλαξίες δεν φαίνονται αρκετά μαζικοί ώστε να δεσμεύονται μαζί με τη βαρύτητα των ορατών αστεριών τους και της άλλης συνηθισμένης ύλης. Εάν τα πράγματα που μπορούσαμε να δούμε ήταν όλα αυτά, αυτοί οι γαλαξίες θα παρασύρθηκαν. Αυτό υποδηλώνει ότι κάποια αόρατη σκοτεινή ύλη συγκεντρώνεται σε γαλαξίες και τα συγκρατεί μαζί με τη βαρύτητά της.
Αλλά κανένα από τα γνωστά σωματίδια δεν μπορεί να εξηγήσει τον κοσμικό ιστό των γαλαξιών. Έτσι, οι περισσότεροι φυσικοί υποθέτουν ότι υπάρχει κάτι άλλο εκεί έξω, κάποιο είδος σωματιδίων (ή σωματιδίων) που δεν έχουμε δει ποτέ, που συνθέτουν όλη αυτή τη σκοτεινή ύλη.
Οι πειραματικοί φυσικοί έχουν κατασκευάσει πολλούς ανιχνευτές για να τους κυνηγήσουν.
Αυτά τα πειράματα λειτουργούν με διαφορετικούς τρόπους, αλλά κατ 'ουσίαν, πολλοί καταλήγουν να βάζουν ένα μεγάλο κομμάτι πράγματα σε ένα πολύ σκοτεινό δωμάτιο και να το παρακολουθούν πολύ προσεκτικά. Τελικά, η θεωρία πηγαίνει, κάποια σωματίδια σκοτεινής ύλης θα χτυπήσουν στο μεγάλο κομμάτι των ουσιών και θα την προκαλέσουν να λάμπουν. Και ανάλογα με τη φύση των υλικών και την αστραφτερή, οι φυσικοί θα μάθουν ποιο είναι το σωματίδιο της σκοτεινής ύλης.
Η ΑΤΛΑΣ ακολουθεί την αντίθετη προσέγγιση αναζητώντας σωματίδια σκοτεινής ύλης σε ένα από τα πιο φωτεινά μέρη της γης. Το LHC είναι ένα πολύ μεγάλο μηχάνημα που σπάει σωματίδια μαζί σε απίστευτα υψηλές ταχύτητες. Μέσα στα μίλια των σωλήνων του είναι ένα είδος συνεχούς έκρηξης νέων σωματιδίων που σχηματίζονται σε αυτές τις συγκρούσεις. Όταν η ATLAS ανακάλυψε το μποζόνιο Higgs, αυτό που είδε ήταν μια δέσμη των bosons Higgs που δημιουργήθηκαν στην πραγματικότητα από τον LHC.
Μερικοί θεωρητικοί θεωρούν ότι ο LHC μπορεί επίσης να δημιουργεί συγκεκριμένα είδη σωματιδίων σκοτεινής ύλης: υπερσυμμετρικούς εταίρους γνωστών σωματιδίων. Η λέξη "υπερσυμμετρία" αναφέρεται σε μια θεωρία ότι πολλά από τα γνωστά σωματίδια στη φυσική έχουν ανακαλύψει "συνεργάτες" που είναι πολύ πιο δύσκολο να ανιχνευθούν. Αυτή η θεωρία δεν έχει αποδειχθεί, αλλά αν ήταν αλήθεια θα απλοποιήσει πολλές από τις ακατάστατες εξισώσεις που σήμερα διέπουν τη σωματιδιακή φυσική.
Είναι επίσης πιθανό ότι τα υπερσυμμετρικά σωματίδια με τις σωστές ιδιότητες θα μπορούσαν να εξηγήσουν κάποια ή όλη τη σκοτεινή ύλη που λείπει στο σύμπαν. Και αν γίνονται στο LHC, η ATLAS θα πρέπει να είναι σε θέση να το αποδείξει.
Το κυνήγι για τα υπερσυμμετρικά σωματίδια
Υπάρχει όμως πρόβλημα. Οι φυσικοί είναι όλο και περισσότερο πεπεισμένοι ότι αν αυτά τα υπερσυμμετρικά σωματίδια γίνονται στο LHC, πετούν έξω από τον ανιχνευτή πριν αποσυντεθούν. Αυτό είναι ένα πρόβλημα, όπως έχει ήδη αναφερθεί η Live Science, επειδή η ATLAS δεν ανιχνεύει άμεσα τα εξωτικά υπερσυμμετρικά σωματίδια, αλλά αντιθέτως βλέπει τα πιο κοινά σωματίδια τα οποία μετασχηματίζουν τα υπερσυμμετρικά σωματίδια μετά την αποσύνθεσή τους ... Αν τα υπερσυμμετρικά σωματίδια βγαίνουν από τον LHC πριν αποσυντεθούν, όμως, τότε η ATLAS δεν μπορεί να δει αυτή την υπογραφή, οπότε οι ερευνητές της δημιούργησαν μια δημιουργική εναλλακτική λύση: Το κυνήγι, χρησιμοποιώντας στατιστικά στοιχεία από εκατομμύρια συγκρούσεις σωματιδίων στον LHC, για την απόδειξη ότι λείπει κάτι άλλο.
"Η παρουσία τους μπορεί να συναχθεί μόνο από το μέγεθος της εγκάρσιας ορμής που δεν διαθέτει η σύγκρουση", ανέφεραν οι ερευνητές σε μια δήλωση.
Η ακριβής μέτρηση της ορμής που λείπει είναι μια δύσκολη εργασία.
"Στο πυκνό περιβάλλον των πολυάριθμων αλληλεπικαλυπτόμενων συγκρούσεων που δημιουργούνται από τον LHC, μπορεί να είναι δύσκολο να διαχωριστεί η πραγματική από την πλαστή" ορμή, λένε οι ερευνητές ...
Μέχρι στιγμής, αυτό το κυνήγι δεν έχει ανακαλύψει τίποτα. Αλλά αυτό είναι χρήσιμες πληροφορίες. Κάθε φορά που ένα συγκεκριμένο πείραμα σκοτεινής ύλης αποτυγχάνει, παρέχει στους ερευνητές πληροφορίες για το τι δεν φαίνεται η σκοτεινή ύλη. Οι φυσικοί ονομάζουν αυτή τη διαδικασία περιορισμού "περιορίζοντας" τη σκοτεινή ύλη.
Αυτά τα δύο αποτελέσματα του Μαρτίου, βασισμένα σε αυτό το στατιστικό κυνήγι για την έλλειψη ορμής, δείχνουν ότι αν υπάρχουν ορισμένοι υπερσυμμετρικοί υποψήφιοι σκοτεινές ύλες (που ονομάζονται charginos, spratons και supersymmetric quarks bottom), πρέπει να έχουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που η ATLAS δεν έχει ακόμη αποκλείσει.
Εάν τα τρέχοντα μοντέλα υπερσυμμετρίας είναι σωστά ένα ζευγάρι charginos πρέπει να είναι τουλάχιστον 447 φορές η μάζα ενός πρωτονίου και ένα ζευγάρι sleptons πρέπει να είναι τουλάχιστον 746 φορές η μάζα ενός πρωτονίου.
Ομοίως, με βάση τα τρέχοντα μοντέλα, το υπερσυμμετρικό κουάρκ κάτω θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 1.545 φορές η μάζα ενός πρωτονίου.
Η ATLAS έχει ήδη ολοκληρώσει το κυνήγι για πιο ελαφριά charginos, sleptons, και quarks κάτω. Και οι ερευνητές είπαν ότι είναι 95% σίγουροι ότι δεν υπάρχουν.
Από ορισμένες απόψεις, το κυνήγι για τη σκοτεινή ύλη φαίνεται να παράγει συνεχώς μη ευρήματα, τα οποία μπορεί να είναι απογοητευτικά. Αλλά αυτοί οι φυσικοί παραμένουν αισιόδοξοι.
Αυτά τα αποτελέσματα, ανέφεραν σε δήλωσή τους, "θέτουν ισχυρούς περιορισμούς σε σημαντικά υπερσυμμετρικά σενάρια, τα οποία θα καθοδηγήσουν τις μελλοντικές αναζητήσεις της ATLAS".
Ως αποτέλεσμα, η ATLAS έχει τώρα μια νέα μέθοδο για το κυνήγι της σκοτεινής ύλης και της υπερσυμμετρίας. Δεν έχει συμβεί όμως να βρούμε ακόμη σκοτεινή ύλη ή υπερσυμμετρία.
