Maailman suurin atominhaltija saattaa menettää tummansa aineen. Mutta fyysikot saavat selkeämmän kuvan siitä, millainen kadonnut tumma aine voi näyttää - jos sitä jopa olemassa.
ATLAS, erittäin suurten hiukkasten ilmaisin Genevessä sijaitsevassa suuressa hadroninkoppijassa (LHC), tunnetaan parhaiten Higgsin bosonin löytämisen jälkeen vuonna 2012. Nyt se on siirtynyt metsästämään vielä eksoottisempia hiukkasia - mukaan lukien teoreettinen "supersymmetrinen "hiukkaset tai kumppanipartikkelit kaikille tunnetuille hiukkasille maailmankaikkeudessa.
Jos supersymmetria on todellista, jotkut näistä hiukkasista voisivat selittää näkymättömän tumman aineen, joka on levinnyt maailmankaikkeuteen. Nyt pari tulosta, joka esiteltiin ATLAS-keskittyvässä konferenssissa maaliskuussa, on tarjonnut tarkan kuvan vielä siitä, millaisten näiden hypoteettisten hiukkasten pitäisi näyttää.
Näkymätön asia
Varmuuskopioidaan.
Tumma aine on näkymätöntä tavaraa, joka voi muodostaa suurimman osan maailmankaikkeudesta. On olemassa useita syitä epäillä sen olemassaoloa, vaikka kukaan ei näe sitä. Mutta tässä on selvin: Galakseja on olemassa.
Universumin ympärillämme tutkijat näkevät, että galaksit eivät vaikuta riittävän massiivisilta sitoakseen itseään näkyvien tähtensä ja muun tavallisen aineen painovoimaan. Jos tavarat, joita voimme nähdä, ovat olemassa, nuo galaksit ajautuvat toisistaan. Tämä viittaa siihen, että jokin näkymätön tumma aine on ryhmitelty galakseihin ja pitämällä niitä yhdessä sen painovoiman kanssa.
Mutta mikään tunnetuista hiukkasista ei voi selittää galaksien kosmista verkkoa. Joten suurin osa fyysikoista olettaa, että siellä on jotain muuta, jonkinlaista hiukkasia (tai hiukkasia), joita emme ole koskaan nähneet, jotka muodostavat kaiken tumman aineen.
Kokeelliset fyysikot ovat rakentaneet monia ilmaisimia metsästääkseen niitä.
Nämä kokeilut toimivat eri tavoin, mutta pohjimmiltaan monet merkitsevät sitä, että iso juttu tavaraa sijoitetaan hyvin pimeään huoneeseen ja katsotaan sitä tarkkaan. Lopulta teoria menee, jotkut tumman aineen hiukkaset räjähtävät ison kappaleen kappaleeseen ja saavat sen kimaltelemaan. Ja riippuen tavaroiden luonteesta ja kimaltelevasta, fyysikot oppivat miltä tumma-ainehiukkaset näyttivät.
ATLAS noudattaa päinvastaista lähestymistapaa ja etsii tumma-ainehiukkasia maapallon kirkkaimmista paikoista. LHC on erittäin iso kone, joka murskaa hiukkasia uskomattoman suurilla nopeuksilla. Mittariputkiensa sisällä on eräänlainen jatkuva uusien hiukkasten räjähdys, joka muodostuu noihin törmäyksiin. Kun ATLAS löysi Higgsin bosonin, se näki joukon Higgsin bosoneja, jotka todella LHC oli luonut.
Jotkut teoreetikot ajattelevat, että LHC saattaa myös luoda erityyppisiä tumma-ainepartikkeleita: tunnettujen hiukkasten supersymmetrisiä kumppaneita. Sana "supersymmetria" viittaa teoriaan, että monilla fysiikan tunnetuilla hiukkasilla on löytämättä "kumppaneita", joita on paljon vaikeampi havaita. Tätä teoriaa ei ole todistettu, mutta jos se olisi totta, se yksinkertaistaisi paljon sotkuisia yhtälöitä, jotka tällä hetkellä hallitsevat hiukkasfysiikkaa.
On myös mahdollista, että oikeilla ominaisuuksilla varustetut supersymmetriset hiukkaset voisivat kattaa osan tai kaikki puuttuvat tummat aineet maailmankaikkeudesta. Ja jos heidät tehdään LHC: ssä, ATLASin pitäisi pystyä todistamaan se.
Supersymmetristen hiukkasten metsästys
Mutta siinä on ongelma. Fyysikot ovat yhä vakuuttuneempia, että jos näitä supersymmetrisiä hiukkasia tehdään LHC: ssä, ne lentävät ilmaisimesta ennen rappeutumista. Se on ongelma, kuten Live Science on aiemmin ilmoittanut, koska ATLAS ei havaitse suoraan eksoottisia supersymmetrisiä hiukkasia, vaan sen sijaan näkee yleisemmät hiukkaset, joihin supersymmetriset hiukkaset muuttuvat hajoamisen jälkeen ... Jos supersymmetriset hiukkaset ammuvat LHC: stä ennen hajoamista, ATLAS ei kuitenkaan pysty näkemään sitä allekirjoitusta, joten tutkijat keksivät luovan vaihtoehdon: Metsästys LHC: n miljoonien hiukkasten törmäysten tilastojen perusteella todisteiksi siitä, että jotain muuta puuttuu.
"Heidän läsnäolonsa voidaan päätellä vain törmäyksen puuttuvan poikittaisen vauhdin laajuudesta", tutkijat totesivat lausunnossa.
Puuttuvan vauhdin tarkka mittaus on kuitenkin vaikea tehtävä.
"LHC: n aiheuttamien lukuisten päällekkäisten törmäysten tiheässä ympäristössä voi olla vaikea erottaa aitoja väärennöksistä", tutkijat sanoivat ...
Toistaiseksi metsästys ei ole osoittanut mitään. Mutta se on hyödyllistä tietoa. Aina tietty tumman aineen kokeilu epäonnistuu, se tarjoaa tutkijoille tietoa siitä, mistä tumma aine ei näytä. Fyysikot kutsuvat tätä kapenevaa prosessia "rajoittamaan" tummaa ainetta.
Nämä kaksi maaliskuun tulosta, joka perustuvat tilastolliseen puuttuvan vauhdin metsästykseen, osoittavat, että jos tiettyjä supersymmetrisiä tumman aineen ehdokkaita (nimeltään charginot, sleptonit ja supersymmetriset pohjakvarkit) esiintyy, niillä on oltava erityisiä ominaisuuksia, joita ATLAS ei ole vielä sulkenut pois.
Jos nykyiset supersymmetriamallit ovat oikein, charginoparin on oltava vähintään 447-kertainen protonin massaan nähden ja sleptoniparin on oltava vähintään 746-kertainen protonin massaan nähden.
Samoin nykyisiin malleihin perustuen supersymmetrisen pohjakvarkin tulisi olla vähintään 1 455 kertaa protonin massa.
ATLAS on jo lopettanut kevyempien charginien, sleptonien ja pohjakvarkojen metsästys. Ja tutkijat sanoivat olevansa 95-prosenttisesti vakuuttuneita siitä, ettei niitä ole olemassa.
Tietyssä suhteessa tumman aineen metsästys näyttää jatkuvasti tuottavan tyhjiä löydöksiä, mikä voi olla pettymys. Mutta nämä fyysikot ovat edelleen optimistisia.
Tulokset, he sanoivat lausunnossaan, "asettavat voimakkaita rajoituksia tärkeille supersymmetrisille skenaarioille, jotka ohjaavat tulevia ATLAS-hakuja".
Tämän seurauksena ATLAS: llä on nyt uusi menetelmä tumman aineen ja supersymmetrian metsästykseen. Tätä tummaa ainetta tai supersymmetriaa ei ole vielä tapahtunut.
