Hoće li Higgsov bozon pomoći znanstvenicima u hvatanju tamne materije?

Složena nepravilna plava mreža sa sitnim žutim točkicama duž i između niti.

Vizualizacija tamne tvari. Slika preko Zarije Lukić/Berkeley Lab.


Ova se priča izvorno pojavila kao 'Znanstvenici izmišljaju način da zarobe misterioznu česticu' Tamnog svijeta 'na velikom hadronskom sudaraču' Louisa Lernera izUChicgo Vijesti

Sada kada su identificirali Higgsov bozon, znanstvenici izVeliki hadronski sudarač(LHC) - najveći i najmoćniji na svijetuakcelerator čestica- namjerili su još neuhvatljiviju metu.


Što je zapravo Higgsov bozon?

Svuda oko nas jetamna materijaitamna energija- nevidljive stvari koje povezuju galaksiju, ali koje nitko nije uspio izravno otkriti.LianTao Wangje profesor fizike na Sveučilištu u Chicagu koji proučava kako pronaći signale u ubrzivačima velikih čestica poput LHC -a. Wang je rekao:

Sigurno znamo da postoji mračni svijet i u njemu ima više energije nego u našem.

Wang, zajedno sa znanstvenicima sa Sveučilišta u Chicagu i pridruženomFermilab, misle da bi nas mogli navesti na trag; u papiruObjavljeno3. travnja 2019. uPisma o fizičkom pregledu, izložili su inovativnu metodu za uhođenje tamne tvari u LHC -u iskorištavanjem nešto sporije brzine potencijalnih čestica.


Ogroman stroj, sitna osoba koja stoji u njemu radi mjerenja, s divovskim radijalnim cijevima koje izlaze iz središta.

Veliki hadronski sudarač (LHC) najveći je stroj na svijetu. Leži u tunelu 575 stopa (175 metara) ispod francusko -švicarske granice. Slika putemCERN.

Dok mračni svijet čini više od 95 posto svemira, znanstvenici znaju da on postoji samo po njegovim učincima - poput poltergeista možete vidjeti samo kad gurne nešto s police. Na primjer, znamo da postoji tamna tvar jer možemo vidjeti kako gravitacija djeluje na nju - pomaže u sprječavanju razlijetanja naših galaksija.

Teoretičari misle da postoji jedna posebna vrsta tamnih čestica koja samo povremeno stupa u interakciju s normalnom materijom. Bio bi teži i dugovječniji od drugih poznatih čestica, s vijekom trajanja do jedne desetine sekunde. Nekoliko puta u desetljeću, vjeruju istraživači, ova se čestica može uhvatiti u sudar protona koje LHC stalno stvara i mjeri. Wang je rekao:

Jedna je posebno zanimljiva mogućnost da su te dugovječne tamne čestice na neki način povezane s Higgsovim bozonom-da je Higgs zapravo portal u tamni svijet.


Wang misli na Higgsov bozon - posljednju česticu u velikoj teoriji fizičara o tome kako funkcionira svemir,otkriven u LHC -u 2012. On je rekao:

Moguće je da bi Higgs zapravo mogao propasti u te dugovječne čestice.

Jedini problem je izdvojiti te događaje od ostalih; u 27-kilometarskom LHC-u ima više od milijardu sudara u sekundi, a svaki od njih šalje subatomsku pljevu prskajući u svim smjerovima.

Wang, postdoktorand Sveučilišta u ChicaguJia Liui znanstvenik iz FermilabaZhen Liu(sada na Sveučilištu Maryland) predložio je novi način pretraživanja iskorištavanjem jednog posebnog aspekta takve tamne čestice. Liu, prvi autor studije, rekao je:


Ako je toliko težak, za proizvodnju je potrebna energija pa njegov zamah ne bi bio velik - kretao bi se sporije od brzine svjetlosti.

To vremensko kašnjenje izdvojilo bi ga od svih ostalih normalnih čestica. Znanstvenici bi trebali samo dotjerati sustav kako bi potražili čestice koje se proizvode, a zatim se raspadaju nešto sporije od svega ostalog.

Razlika je reda veličine nanosekunde - milijarditi dio sekunde - ili manja. No, LHC već ima dovoljno sofisticirane detektore da uhvati ovu razliku; anovija studijakoristeći podatke prikupljene iz posljednjeg otkrivenog pokretanja, metoda bi trebala funkcionirati, a detektori će postati još osjetljiviji u sklopu nadogradnje koja je trenutno u tijeku. Liu je rekao:

Očekujemo da će ova metoda povećati našu osjetljivost na dugovječne tamne čestice za više od reda veličine-dok koristimo sposobnosti koje već imamo u LHC-u.

Eksperimentalisti već rade na izgradnji zamke: Kad se LHC ponovno uključi 2021. godine, nakon što je deseterostruko povećao svjetlinu, sva tri glavna detektora implementirat će novi sustav, rekli su znanstvenici. Liu je rekao:

Mislimo da ima veliki potencijal za otkrivanje.

Wang je dodao:

Ako je čestica tu, samo moramo pronaći način da je iskopamo. Obično je ključ pronaći pitanje koje treba postaviti.

Zaključak: Sada kada su identificirali Higgsov bozon, znanstvenici velikog hadronskog sudarača usmjerili su pogled na još neuhvatljiviju metu - tamnu materiju i tamnu energiju.

Izvor: Poboljšanje dugovječnih pretraživanja čestica u LHC-u s informacijama o preciznom mjerenju vremena