Největší atomový kouř na světě možná ztrácí svou temnou hmotu. Fyzici však získávají jasnější představu o tom, jak by vypadala ztracená temná hmota - pokud vůbec existuje.
ATLAS, detektor velmi velkých částic u Ženevského velkého hadronu Collider (LHC), je nejznámější pro objevování Higgsova bosonu zpět v roce 2012. Nyní se přesunul k lovu ještě exotičtějších částic - včetně teoretických „supersymetrických“ "částice nebo částice partnera ke všem známým částicím ve vesmíru."
Pokud je supersymetrie skutečná, některé z těchto částic by mohly vysvětlit neviditelnou temnou hmotu šířenou po našem vesmíru. Nyní pár výsledků prezentovaných na konferenci zaměřené na ATLAS v březnu nabídlo nejpřesnější popis toho, jak by tyto hypotetické částice vypadaly.
Neviditelná záležitost
Pojďme zpátky.
Temná hmota je neviditelná látka, která může tvořit většinu vesmíru. Existuje řada důvodů, jak se domnívat, že existuje, přestože to nikdo nevidí. Ale tady je to nejzřetelnější: Galaxie existují.
Při pohledu kolem našeho vesmíru mohou vědci vidět, že se galaxie nezdají dostatečně masivní, aby se spojily s gravitací jejich viditelných hvězd a jiných obyčejných látek. Pokud by všechno, co jsme mohli vidět, bylo všechno, ty galaxie by se rozpadly. To naznačuje, že nějaká neviditelná temná hmota je seskupena v galaxiích a drží je spolu s gravitací.
Ale žádná ze známých částic nedokáže vysvětlit kosmickou síť galaxií. Takže většina fyziků předpokládá, že tam venku je něco jiného, nějaká částice (nebo částice), které jsme nikdy neviděli, a to tvoří veškerou temnou hmotu.
Experimentální fyzici postavili mnoho detektorů, aby je lovili.
Tyto experimenty fungují různými způsoby, ale v podstatě mnoho znamená vložení velkého kusu věcí do velmi temné místnosti a velmi pečlivé sledování. Nakonec, teorie jde, nějaká částice temné hmoty se dotkne velkého kusu věcí a způsobí, že se třpytí. A v závislosti na povaze materiálu a třpytivých fyziků se fyzikové naučí, jak vypadala částice temné hmoty.
ATLAS zaujímá opačný přístup a hledá částice temné hmoty na jednom z nejjasnějších míst na Zemi. LHC je velmi velký stroj, který rozbíjí částice dohromady neuvěřitelně vysokými rychlostmi. Uvnitř jeho kilometrů trubek je jakýsi pokračující výbuch nových částic vzniklých při těchto srážkách. Když ATLAS objevil Higgsův boson, viděl spoustu Higgsových bosonů, které byly skutečně vytvořeny LHC.
Někteří teoretici se domnívají, že LHC může také vytvářet specifické druhy částic temné hmoty: supersymetrické partnery známých částic. Slovo „supersymetrie“ označuje teorii, kterou mnoho známých částic ve fyzice objevilo „partnery“, které je mnohem těžší detekovat. Tato teorie nebyla prokázána, ale pokud by to byla pravda, zjednodušilo by to mnoho chaotických rovnic, které v současnosti řídí fyziku částic.
Je také možné, že supersymetrické částice se správnými vlastnostmi mohou odpovídat za některou nebo všechny chybějící temné hmoty ve vesmíru. A pokud jsou vyráběny na LHC, ATLAS by měl být schopen to dokázat.
Hledání supersymetrických částic
Ale je tu problém. Fyzici jsou stále více přesvědčeni, že pokud se tyto supersymetrické částice vyrábějí v LHC, létají z detektoru před rozpadem. To je problém, jak Live Science již dříve uvedl, protože ATLAS přímo nezjistí exotické supersymetrické částice, ale místo toho vidí běžnější částice, na které se supersymetrické částice transformují po rozpadu… Pokud supersymetrické částice vystřelí z LHC před rozpadem, i když pak ATLAS tento podpis nevidí. Jeho vědci tedy přišli s kreativní alternativou: Lov, využívající statistiky z milionů srážek částic v LHC, jako důkaz, že něco jiného chybí.
"Jejich přítomnost lze odvodit pouze na základě velikosti chybějící kolize," uvedli vědci v prohlášení.
Přesné měření chybějící hybnosti je však obtížný úkol.
„V hustém prostředí četných překrývajících se kolizí vyvolaných LHC může být obtížné oddělit pravou od falešné“, uvedli vědci…
Doposud se tento lov neobjevil. Ale to jsou užitečné informace. Kdykoli selže konkrétní experiment s temnou hmotou, poskytuje vědcům informace o tom, jak temná hmota nevypadá. Fyzici nazývají tento proces zužování „omezující“ temnou hmotou.
Tyto dva březnové výsledky, založené na statistickém honbě za chybějící hybností, ukazují, že pokud existují určité supersymetrické kandidáty na temnou hmotu (nazývané charginos, sleptony a supersymetrické dolní kvarky), musí mít zvláštní vlastnosti, které ATLAS dosud nevyloučil.
Jsou-li současné modely supersymetrie správné, musí být dvojice charginů alespoň 447krát větší než hmotnost protonu a dvojice sleptonů musí být nejméně 746krát větší než hmotnost protonu.
Podobně, podle současných modelů, by supersymetrický dolní kvark musel být alespoň 1,545krát větší než proton.
ATLAS již dokončil lov více lehkých chargin, sleptonů a spodních kvarků. A vědci říkají, že jsou 95% přesvědčeni, že neexistují.
V některých ohledech se zdá, že hon na temnou hmotu neustále vede k nulovým nálezům, což může být zklamáním. Tito fyzici však zůstávají optimističtí.
Tyto výsledky, uvedli ve sdělení, „kladou silná omezení na důležité supersymetrické scénáře, které povedou budoucí vyhledávání ATLAS.“
Výsledkem je, že ATLAS má nyní novou metodu lovu temné hmoty a supersymetrie. Zatím se nestalo, že najde nějakou temnou hmotu nebo supersymetrii.
