Imperial College London -lehdistötiedotteesta:
Fyysikot sanovat olevansa lähempänä kuin koskaan aikaisemmin maailmankaikkeuden salaperäisen pimeän aineen lähteen löytämistä seuraavan odotettua paremman tutkimusvuoden jälkeen Compact Muon Solenoid (CMS) -partikkelidetektorissa, joka on osa suurten hadronien kolarittajaa (LHC) CERNissä Genevessä .
Tutkijat ovat nyt suorittaneet ensimmäisen kokonaiskokeen kokeita, jotka puristavat protoneja yhdessä melkein valon nopeudella. Kun nämä subatomiset hiukkaset törmäävät CMS-ilmaisimen ytimeen, syntyvät energiat ja tiheydet ovat samanlaisia kuin mitä oli maailmankaikkeuden ensimmäisissä vaiheissa, heti suuren räjähdyksen jälkeen noin 13,7 miljardia vuotta sitten. Näiden törmäysten luomat ainutlaatuiset olosuhteet voivat johtaa uusien hiukkasten tuotantoon, joita olisi ollut olemassa noissa varhaisissa hetkissä ja jotka ovat sittemmin hävinneet.
Tutkijoiden mukaan heillä on hyvät matkat voidakseen joko vahvistaa tai sulkea pois yksi pääteorioista, jotka voisivat ratkaista monet hiukkasfysiikan keskeisistä kysymyksistä, jotka tunnetaan nimellä Supersymmetry (SUSY). Monet toivovat, että se voisi olla kelvollinen jatke hiukkasfysiikan standardimallille, joka kuvaa tunnettujen alaatomisten hiukkasten vuorovaikutusta hämmästyttävällä tarkkuudella, mutta ei sisällä yleistä suhteellisuusteoriaa, tummaa ainetta ja tummaa energiaa.
Tumma aine on näkymätön aine, jota emme pysty suoraan havaitsemaan, mutta jonka läsnäolo johtuu galaksien pyörimisestä. Fyysikot uskovat, että se muodostaa noin neljänneksen maailmankaikkeuden massasta, kun taas tavallinen ja näkyvä aine muodostaa vain noin viisi prosenttia maailmankaikkeuden massasta. Sen koostumus on mysteeri, joka johtaa mielenkiintoisiin mahdollisuuksiin toistaiseksi paljastuneessa fysiikassa.
Professori Geoff Hall Lontoon Imperial College -fysiikan laitokselta, joka työskentelee CMS-kokeilussa, sanoi: ”Olemme edenneet tärkeään askeleeseen pimeän aineen metsästyksessä, vaikka mitään löytöjä ei ole vielä tehty. Nämä tulokset ovat tulleet odotettua nopeammin, koska LHC ja CMS sujuivat viime vuonna paremmin kuin uskoimme toivoa ja olemme nyt erittäin optimistisia supersymmetrian loppumisnäkymien suhteen lähivuosina. ”
CMS: n protoni-protoni-törmäyksissä vapautuva energia ilmenee hiukkasina, jotka lentävät pois kaikkiin suuntiin. Suurin osa törmäyksistä tuottaa tunnettuja hiukkasia, mutta harvoin voi syntyä uusia, myös SUSYn ennustamia - kutsutaan supersymmetrisiksi hiukkasiksi tai 'spartikkeleiksi'. Kevyin spartikkeli on luonnollinen ehdokas pimeälle aineelle, koska se on vakaa ja CMS "näkee" nämä esineet vain, jos niiden signaalia ei ole detektorissa, mikä johtaa energian ja vauhdin epätasapainoon.
Spartikkeleiden etsimiseksi CMS etsii törmäyksiä, jotka tuottavat kaksi tai useampia korkean energian "suihkukoneita" (hiukkaset hiukkasia, jotka kulkevat suunnilleen samaan suuntaan) ja merkittävän puuttuvan energian.
Tohtori Oliver Buchmueller, joka on myös Lontoon Imperial Collegen fysiikan laitokselta, mutta joka sijaitsee CERN: ssä, sanoi: ”Tarvitsemme hyvän ymmärryksen tavanomaisista törmäyksistä, jotta voimme tunnistaa epätavalliset törmäykset niiden tapahtuessa. Tällaiset törmäykset ovat harvinaisia, mutta tunnetut fysiikat voivat tuottaa niitä. Tutkimme noin 3 biljoonaa protonin ja protonin välisiä törmäyksiä ja löysimme 13 'SUSY-kaltaista' törmäyksestä odottaman määrän ympärillä. Vaikka spartikkeleista ei löytynyt todisteita, tämä mittaus kaventaa pimeän aineen etsintäaluetta merkittävästi. "
Fyysikot odottavat nyt LHC: n ja CMS: n vuoden 2011 ajoa, jonka odotetaan tuovan tietoja, jotka voisivat vahvistaa supersymmetrian selityksenä pimeälle aineelle.
CMS-kokeilu on yksi kahdesta yleiskäyttökokeesta, jotka on suunniteltu keräämään tietoja LHC: ltä yhdessä ATLAS: n (A Toroidal LHC ApparatuS) kanssa. Imperialin korkean energian fysiikan ryhmällä on ollut tärkeä rooli CMS: n suunnittelussa ja rakentamisessa, ja nyt monet jäsenet työskentelevät tehtävässään löytää uusia hiukkasia, mukaan lukien vaikeasti vaeltava Higgsin bosonihiukkas (jos sellainen on), ja ratkaisemaan osa luonnon mysteerejä, kuten mistä massa tulee, miksi universumissamme ei ole anti-ainetta ja onko enemmän kuin kolme alueellista ulottuvuutta.
