Най-големият уред за разбиване на атом в света може би губи тъмната си материя. Но физиците получават по-ясна представа как може да изглежда тази изгубена тъмна материя - ако тя дори съществува.
ATLAS, детекторът на много големи частици на базирания в Женева голям адронен сблъсък (LHC), е най-известен с откриването на бозона на Хигс през 2012 г. Сега той се насочи към лов на още по-екзотични частици - включително теоретични „свръхсиметрични "частици или партньорски частици на всички известни частици във Вселената.
Ако суперсиметрията е истинска, някои от тези частици биха могли да обяснят невидимата тъмна материя, разпространена из нашата Вселена. Сега, двойка резултати, представени на конференция, фокусирана върху ATLAS през март, предложи най-точното описание на това как би трябвало да изглеждат тези хипотетични частици.
Невиждана материя
Нека да направим резервно копие.
Тъмната материя е невидимите неща, които може да съставляват по-голямата част от Вселената. Има редица причини да се подозира, че съществува, въпреки че никой не може да го види. Но ето най-очевидното: Галактиките съществуват.
Оглеждайки нашата Вселена, изследователите могат да видят, че галактиките не изглеждат достатъчно масивни, за да се свържат заедно с гравитацията на видимите си звезди и други обикновени вещества. Ако всичко, което можехме да видим, беше всичко, тези галактики щяха да се разминат. Това предполага, че някаква невиждана тъмна материя е струпана в галактики и ги държи заедно с нейната гравитация.
Но никоя от известните частици не може да обясни космическата мрежа на галактиките. Така че повечето физици предполагат, че има нещо друго навън, някаква частица (или частици), която никога не сме виждали, което представлява цялата тази тъмна материя.
Експерименталните физици са изградили много детектори, за да ги ловуват.
Тези експерименти работят по различни начини, но по същество мнозина се изразяват в поставянето на голям парче неща в много тъмна стая и наблюдаването му много внимателно. В крайна сметка, теорията продължава, някаква частица от тъмна материя ще се блъсне в голямата част от нещата и ще я накара да блести. И в зависимост от естеството на нещата и блестящите, физиците ще научат как е изглеждала частицата от тъмна материя.
ATLAS предприема обратния подход, търсейки частици от тъмна материя в едно от най-ярките места на Земята. LHC е много голяма машина, която смазва частиците заедно с невероятно високи скорости. Вътре в километрите на тръбите е някакъв непрекъснат взрив от нови частици, образувани при тези сблъсъци. Когато ATLAS откри бозона на Хигс, това, което видя, беше куп хигс бозони, които всъщност бяха създадени от LHC.
Някои теоретици смятат, че LHC може също да създава специфични видове частици от тъмна материя: свръхсиметрични партньори на известни частици. Думата "свръхсиметрия" се отнася до теория, че много от известните частици във физиката имат неоткрити "партньори", които са много по-трудни за откриване. Тази теория не е доказана, но ако беше вярна, тя би опростила много от разхвърляните уравнения, които понастоящем управляват физиката на частиците.
Възможно е също така, че свръхсиметричните частици с правилните свойства могат да отчитат част или всички липсващи тъмни вещества във Вселената. И ако се правят в LHC, ATLAS трябва да може да го докаже.
Ловът на свръхсиметрични частици
Но има проблем. Физиците са все по-убедени, че ако тези свръхсиметрични частици се правят в LHC, те излитат от детектора, преди да се разпадат. Това е проблем, както Live Science съобщава по-рано, защото ATLAS не открива директно екзотични свръхсиметрични частици, а вместо това вижда по-често срещаните частици, в които свръхсиметричните частици се трансформират след като се разпадат ... Ако свръхсиметричните частици се изстрелват от LHC преди разпадането, въпреки това тогава ATLAS не може да види този подпис. Затова неговите изследователи измислиха креативна алтернатива: Ловът, използвайки статистически данни от милиони сблъсъци на частици в LHC, за доказателство, че нещо друго липсва.
"Тяхното присъствие може да се заключи само чрез величината на липсващия напречен момент на сблъсъка", се казва в изявление на изследователите.
Точното измерване на липсващия импулс обаче е трудна задача.
„В гъстата среда на множество припокриващи се сблъсъци, генерирани от LHC, може да бъде трудно да се отдели истински от фалшив“ импулс, казват изследователите ...
Засега този лов не е довел до нищо. Но това е полезна информация. Всеки път, когато даден експеримент с тъмна материя се провали, той предоставя на изследователите информация за това как не изглежда тъмната материя. Физиците наричат този стесняващ процес „ограничаващ“ тъмната материя.
Тези два мартни резултата, базирани на статистическия лов за липсващ импулс, показват, че ако съществуват определени свръхсиметрични кандидати за тъмна материя (наречени чаргини, шлептони и свръхсиметрични дънни кварки), те трябва да имат специфични характеристики, които ATLAS все още не е изключил.
Ако сегашните модели на суперсиметрия са правилни, чифт чаргино трябва да бъде най-малко 447 пъти по-голям от масата на протона, а чифт слептони трябва да е най-малко 746 пъти по-голям от масата на протона.
По подобен начин, въз основа на настоящите модели, свръхсиметричният дънен кварк трябва да бъде най-малко 1545 пъти по-голям от масата на протона.
ATLAS вече завърши лов за по-леки чариги, шлептони и дънни кварки. И изследователите казаха, че са 95% уверени, че не съществуват.
В някои отношения ловът на тъмна материя изглежда непрекъснато дава нулеви находки, което може да бъде разочароващо. Но тези физици остават оптимисти.
Тези резултати, според тях в изявление, „поставят силни ограничения върху важни свръхсиметрични сценарии, които ще ръководят бъдещите търсения в ATLAS“.
В резултат на това ATLAS вече има нов метод за лов на тъмна материя и свръхсиметрия. Просто още не се е случвало да открием тъмна материя или суперсиметрия.
