Najväčší atómový fajčiar na svete možno stráca svoju temnú hmotu. Fyzici však získavajú jasnejší obraz o tom, ako by vyzerala stratená temná hmota - ak vôbec existuje.
ATLAS, detektor veľmi veľkých častíc v Ženevskom veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC), je najlepšie známy pri objavovaní Higgsovho bozónu už v roku 2012. Teraz sa vydal k lovu ešte exotickejších častíc - vrátane teoretických „supersymetrických“ „častice alebo partnerské častice so všetkými známymi časticami vo vesmíre.
Ak je supersymetria skutočná, niektoré z týchto častíc by mohli vysvetliť neviditeľnú temnú hmotu šírenú v našom vesmíre. Teraz niekoľko výsledkov prezentovaných na marcovej konferencii zameranej na ATLAS prinieslo najpresnejší opis toho, ako by tieto hypotetické častice mali vyzerať.
Nevidená hmota
Poďme späť.
Temná hmota je neviditeľná hmota, ktorá môže tvoriť väčšinu vesmíru. Existuje veľa dôvodov podozrenia, že existuje, aj keď to nikto nevidí. Ale tu je to najzreteľnejšie: Galaxie existujú.
Pri pohľade okolo nášho vesmíru vedci vidia, že galaxie sa nezdajú byť dostatočne masívne, aby sa spojili s gravitáciou ich viditeľných hviezd a iných bežných látok. Keby všetko, čo sme videli, bolo všetko, tieto galaxie by sa odtrhli. To naznačuje, že nejaká neviditeľná temná hmota je zhlukovaná v galaxiách a drží ich spolu so svojou gravitáciou.
Ale žiadna zo známych častíc nedokáže vysvetliť kozmickú sieť galaxií. Takže väčšina fyzikov predpokladá, že existuje niečo iné, nejaký druh častíc (alebo častíc), ktoré sme nikdy nevideli, a ktoré tvoria všetku tú temnú hmotu.
Experimentálni fyzici postavili mnoho detektorov, aby ich lovili.
Tieto experimenty fungujú rôznymi spôsobmi, ale v podstate veľa znamenajú vloženie veľkého množstva vecí do veľmi tmavej miestnosti a veľmi pozorné sledovanie. Nakoniec, teória pokračuje, niektoré častice temnej hmoty narazia do veľkého kusa vecí a spôsobia, že sa budú trblietať. A podľa povahy veci a trblietania sa fyzici naučia, ako vyzerala častica temnej hmoty.
ATLAS používa opačný prístup a hľadá častice temnej hmoty na jednom z najjasnejších miest na Zemi. LHC je veľmi veľký stroj, ktorý rozbíja častice dohromady neuveriteľne vysokými rýchlosťami. V jeho kilometroch rúrok je druh prebiehajúceho výbuchu nových častíc, ktoré sa vytvorili pri týchto zrážkach. Keď ATLAS objavil Higgsov bozón, videl to kopu Higgsových bozónov, ktoré skutočne vytvoril LHC.
Niektorí teoretici sa domnievajú, že LHC môže tiež vytvárať špecifické druhy častíc temnej hmoty: supersymetrické partnerov známych častíc. Slovo „supersymetria“ sa vzťahuje na teóriu, že mnoho známych častíc vo fyzike neobjavilo „partnerov“, ktoré je oveľa ťažšie odhaliť. Táto teória nebola dokázaná, ale ak by to bola pravda, zjednodušilo by to veľa chaotických rovníc, ktoré v súčasnosti riadia fyziku častíc.
Je tiež možné, že supersymetrické častice so správnymi vlastnosťami môžu zodpovedať za niektoré alebo všetky chýbajúce temné látky vo vesmíre. A ak sa vyrábajú na LHC, spoločnosť ATLAS by to mala dokázať.
Lov supersymetrických častíc
Ale je tu problém. Fyzici sú čoraz viac presvedčení, že ak sa tieto supersymetrické častice vyrábajú v LHC, pred rozpadom lietajú z detektora. To je problém, ako už predtým uviedla spoločnosť Live Science, pretože ATLAS priamo nezistí exotické supersymetrické častice, ale namiesto toho vidí častejšie častice, na ktoré sa supersymetrické častice transformujú po ich rozpadnutí ... Ak supersymetrické častice strieľajú z LHC pred rozpadom, ATLAS však tento podpis nevidí. Jeho vedci teda prišli s kreatívnou alternatívou: Lov, využívajúci štatistiky z miliónov zrážok častíc v LHC, na dôkaz toho, že niečo iné chýba.
„Ich prítomnosť sa dá odvodiť iba prostredníctvom veľkosti chýbajúcej priečnej hybnosti kolízie,“ uviedli vedci vo vyhlásení.
Presné meranie chýbajúcej dynamiky je však náročná úloha.
„V hustom prostredí mnohých prekrývajúcich sa zrážok spôsobených LHC môže byť ťažké oddeliť pravú od falošnej“, uviedli vedci…
Doposiaľ sa tento lov neobjavil. Ale to sú užitočné informácie. Vždy, keď určitý experiment s temnou hmotou zlyhá, poskytuje výskumným pracovníkom informácie o tom, ako tmavá hmota nevyzerá. Fyzici nazývajú tento proces zužovania „obmedzujúcou“ temnou hmotou.
Tieto dva marcové výsledky, založené na štatistickom hľadaní chýbajúcej dynamiky, ukazujú, že ak existujú určité supersymetrické kandidáty na temnú hmotu (nazývané charginos, sleptony a supersymetrické spodné kvarky), musia mať osobitné vlastnosti, ktoré ATLAS doteraz nevylúčil.
Ak sú súčasné modely supersymetrie správne, pár Charginos musí mať najmenej 447-násobok hmotnosti protónu a pár ofsetov musí byť najmenej 746-násobok hmotnosti protónu.
Podobne by na základe súčasných modelov musel byť supersymetrický spodný kvark najmenej 1,545-násobkom hmotnosti protónu.
ATLAS už dokončil lov ľahších chargin, sleptonov a dna. Vedci uviedli, že sú si 95% istí, že neexistujú.
V niektorých ohľadoch sa zdá, že hon na temnú hmotu neustále vedie k nulovým nálezom, čo môže byť sklamaním. Títo fyzici však zostávajú optimistickí.
Tieto výsledky uviedli vo vyhlásení: „kladú silné obmedzenia na dôležité supersymetrické scenáre, ktoré budú usmerňovať budúce vyhľadávania ATLAS.“
Výsledkom je, že ATLAS má teraz nový spôsob lovu temnej hmoty a supersymetrie. Zatiaľ sa nestalo, že sa nájde žiadna temná hmota alebo supersymetria.
