Nå som forskere har funnet Higgs boson, vil Large Hadron Collider lete etter et enda mer unnvikende mål: mørk materie. Vi er omgitt av mørk materie og mørk energi - usynlige stoffer som binder galakser, men ikke gir seg bort. Det nye verket skisserer en innovativ metode for å søke etter mørk materie av Large Hadron Collider ved å utnytte den relativt lave hastigheten til en potensiell partikkel.
Den mørke verdens mørke materie
"Vi vet med sikkerhet at det er en mørk verden og at det er mer energi i den enn vår," sier Lien-Tao Wong, en fysikkprofessor ved University of Chicago som forsker på leting etter signaler i store partikkelakseleratorer som LHC. Arbeidet ble publisert i Physical Review Letters.
Selv om den mørke verden utgjør mer enn 95% av universet, vet forskere om dens eksistens bare fra effektene den har - som en poltergeist, som bare er synlig hvis noe beveger seg på en hylle eller når et lys blinker. Vi vet for eksempel om eksistensen av mørk materie, fordi vi ser dens gravitasjonseffekt - det hjelper galaksene våre til ikke å fly fra hverandre.
Teoretikere mener at det er en spesiell type mørk partikkel som med jevne mellomrom kan samhandle med vanlig materie. Den vil være tyngre og vil vare lenger enn andre kjente partikler - opptil en tidels sekund. I følge forskere kan flere ganger i tiår en slik partikkel bli fanget i kollisjoner med protoner ved LHC, som forekommer og måles konstant.
"En spesielt interessant mulighet er at disse langvarige mørke partiklene på en eller annen måte er relatert til Higgs boson - at Higgs faktisk er en portal til den mørke verdenen," sier Wong og viser til de siste partikkelfysikerne som ble oppdaget i den store teorien om hvordan universet fungerer. … Higgs-bosonet ble oppdaget på LHC i 2012. "Kanskje kan Higgs faktisk forfalle til disse langlivede partiklene."
Det eneste problemet er å skille disse hendelsene fra resten; ved den 27 kilometer lange LHC-en er det mer enn en milliard kollisjoner i sekundet, som hver sender ut subatomær spray i alle retninger.
Salgsfremmende video:
Forskere har foreslått en ny søkemetode som bruker ett bestemt aspekt av en så mørk partikkel. "Hvis det er så tungt, krever det energi å produsere, slik at fart ikke blir stort - det vil reise saktere enn lysets hastighet," sier Jia Liu, den første forfatteren av studien.
Denne tidsforsinkelsen vil gjøre at den skiller seg ut fra resten av partiklene. Forskere trenger bare å finjustere systemet for å finne partiklene det produserer. Forskjellen ligger i intervallet et nanosekund - en milliardedels sekund - eller mindre. Men LHC har allerede smarte nok detektorer til å plukke opp denne forskjellen; en fersk studie med data samlet inn fra siste lansering av collideren viste at denne metoden burde fungere, pluss at detektorene vil bli enda mer følsomme med den kommende oppgraderingen.
"Vi forventer at denne metoden vil øke følsomheten vår for mørke partikler med lang levetid med flere størrelsesordener - samtidig som vi utnytter kapasitetene som LHC allerede har," sier Liu. Eksperimenter jobber allerede med å lage en felle. Når LHC slås på igjen i 2021, etter en ti ganger økning i lysstyrke, vil alle tre hoveddetektorer være utstyrt med et nytt system.
”Vi tror det er stort potensiale for oppdagelse. Hvis det er en partikkel, vil vi ha en måte å trekke den ut."
Ilya Khel
