Največji svetovni drobilnik atoma lahko izgublja temno snov. Toda fiziki dobivajo bolj jasno sliko, kako bi lahko izgledala ta izgubljena temna snov - če sploh obstaja.
ATLAS, detektor zelo velikih delcev na ženevskem velikem hadronskem trkalniku (LHC), je najbolj znan po odkritju Higgsovega bozona v letu 2012. Zdaj se je lovil še bolj eksotičnih delcev - vključno s teoretičnimi "super-simetričnimi "delci ali partnerji vseh znanih delcev v vesolju.
Če je supersimetrija resnična, bi nekateri od teh delcev lahko razložili nevidno temno snov, razširjeno po našem vesolju. Zdaj je par rezultatov, predstavljenih na konferenci, usmerjeni v ATLAS marca, ponudil najbolj natančen opis, kako naj bi izgledali ti hipotetični delci.
Nevidna zadeva
Dajmo nazaj.
Temna snov je nevidna stvar, ki lahko sestavlja večino vesolja. Obstajajo številni razlogi za sum, da obstaja, čeprav tega nihče ne more videti. Toda tukaj je najbolj očitno: galaksije obstajajo.
Raziskovalci lahko pogledajo, da se galaksije ne zdijo dovolj masivne, da bi se lahko povezale z gravitacijo svojih vidnih zvezd in drugih navadnih snovi. Če bi lahko videli vse stvari, bi se te galaksije razdale. To kaže, da je neka nevidna temna snov zbrana v galaksijah in jih drži skupaj z njeno gravitacijo.
Toda nobeden od znanih delcev ne more razložiti kozmičnega spleta galaksij. Torej večina fizikov domneva, da je zunaj še nekaj, delci (ali delci), ki jih še nismo videli, zato sestavlja vso to temno snov.
Eksperimentalni fiziki so zgradili veliko detektorjev, da bi jih lovili.
Ti poskusi delujejo na različne načine, v bistvu pa mnogi pomenijo, da velik kos stvari postavijo v zelo temno sobo in si jo natančno ogledajo. Sčasoma gre, kot kaže teorija, bo nekaj delcev temne snovi naletelo na velik kos stvari in povzročilo, da se lesketa. In glede na naravo stvari in bleščeče se bodo fiziki naučili, kako je izgledal delček temne snovi.
ATLAS je v nasprotnem pristopu in išče temne snovi v enem najsvetlejših krajev na Zemlji. LHC je zelo velik stroj, ki drobi delce skupaj z neverjetno velikimi hitrostmi. Znotraj kilometrov cevi je nekakšna stalna eksplozija novih delcev, ki nastanejo v teh trkih. Ko je ATLAS odkril Higgsov bozon, je videl kup Higgsovih bozonov, ki jih je pravzaprav ustvaril LHC.
Nekateri teoretiki menijo, da LHC lahko ustvarja tudi posebne vrste delcev temne snovi: super-simetrični partnerji znanih delcev. Beseda "supersimetrija" se nanaša na teorijo, po kateri so mnogi znani delci v fiziki odkrili "partnerje", ki jih je veliko težje zaznati. Ta teorija ni bila dokazana, toda če bi bila resnična, bi poenostavila veliko zmešanih enačb, ki trenutno urejajo fiziko delcev.
Možno je tudi, da bi lahko super-simetrični delci s pravimi lastnostmi predstavljali nekaj ali vse manjkajoče temne snovi v vesolju. In če jih izdelujejo v LHC, bi moral ATLAS to dokazati.
Lov na supersimetrične delce
Vendar obstaja težava. Fiziki so vse bolj prepričani, da če na LHC nastanejo ta superzimetrični delci, letejo iz detektorja, preden razpadejo. Kot je že prej poročala Live Science, je to težava, ker ATLAS ne zazna neposredno eksotičnih super-simetričnih delcev, ampak namesto njih opazi pogostejše delce, v katere se superzimetrični delci spremenijo, potem ko razpadejo ... Vendar ATLAS tega podpisa ne vidi. Torej so njegovi raziskovalci ustvarili kreativno alternativo: Lov, ki je uporabil statistiko o milijonskih trkih delcev v LHC, za dokaz, da nekaj drugega manjka.
"Njihova prisotnost je mogoče sklepati samo na velikost manjkajočega prečnega utripa trka," so v izjavi zapisali raziskovalci.
Natančno izmeriti manjkajoči zagon je težavna naloga.
"V gostem okolju številnih prekrivajočih se trkov, ki jih povzroča LHC, je težko ločiti resnični od lažnega" zagona, pravijo raziskovalci ...
Do zdaj se pri tem lovu ni nič pojavilo. Toda to so koristne informacije. Kadar določen eksperiment s temno snovjo ne uspe, raziskovalcem nudi informacije o tem, kako temna snov ne izgleda. Fiziki imenujejo ta postopek zmanjševanja temne snovi.
Rezultati teh dveh marcev, ki temeljijo na statističnem lovu na manjkajoči zagon, kažejo, da če obstajajo določeni super-simetrični kandidati za temno snov (imenovani ognjiči, sleptoni in supersimetrični spodnji kvarki), morajo imeti posebne značilnosti, ki jih ATLAS še ni izključil.
Če so trenutni modeli supersimetrije pravilni, mora biti par charginov vsaj 447-krat večji od mase protona, par sleptonov pa mora biti vsaj 746-krat večji od mase protona.
Podobno bi moralo biti na podlagi trenutnih modelov super-simetrični spodnji kvark vsaj 1545-krat večji od mase protona.
ATLAS je že končal lov na bolj lahke chargino, sleptone in spodnje kvarke. In raziskovalci so rekli, da so 95% prepričani, da ne obstajajo.
V nekaterih pogledih se zdi, da lov na temno snov nenehno prinaša nične ugotovitve, kar je lahko razočaranje. Toda ti fiziki ostajajo optimistični.
Ti rezultati, so zapisali v izjavi, "postavljajo močne omejitve na pomembne super-simetrične scenarije, ki bodo vodili prihodnja iskanja ATLAS."
Kot rezultat tega ima ATLAS zdaj nov način lova na temno snov in supersimetrijo. Enostavno še ni zasledil nobene temne snovi ali supersimetrije.
