Το μποζόνιο Higgs θα βοηθήσει τους επιστήμονες να παγιδεύσουν τη σκοτεινή ύλη;

Σύνθετο ακανόνιστο μπλε δίκτυο με μικροσκοπικές κίτρινες κουκίδες κατά μήκος και μεταξύ των κλώνων.

Μια οπτικοποίηση της σκοτεινής ύλης. Εικόνα μέσω Zarija Lukic/Berkeley Lab.


Αυτή η ιστορία εμφανίστηκε αρχικά ως 'Οι επιστήμονες εφευρέθηκαν τον τρόπο να παγιδεύσουν το μυστηριώδες σωματίδιο του' Σκοτεινού Κόσμου 'στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων' του Λούις Λέρνερ,UChicgo News

Τώρα που έχουν εντοπίσει το μποζόνιο Higgs, επιστήμονες στοΜεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων(LHC) - ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος στον κόσμοεπιταχυντής σωματιδίων- έχουν βάλει το βλέμμα τους σε έναν ακόμη πιο άπιαστο στόχο.


Τι ακριβώς είναι το μποζόνιο Higgs;

Γύρω μας είναισκοτεινή ύληκαισκοτεινή ενέργεια- το αόρατο υλικό που συνδέει τον γαλαξία μεταξύ τους, αλλά το οποίο κανείς δεν μπόρεσε να εντοπίσει άμεσα.Λιαντάο Γουάνγκείναι καθηγητής φυσικής του Πανεπιστημίου του Σικάγο που μελετά πώς να βρει σήματα σε μεγάλους επιταχυντές σωματιδίων όπως ο LHC. Ο Wang είπε:

Γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι υπάρχει ένας σκοτεινός κόσμος και υπάρχει περισσότερη ενέργεια σε αυτόν από ό, τι στον δικό μας.

Wang, μαζί με επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο και συνεργάτες τουFermilab, σκεφτείτε ότι μπορεί να είναι σε θέση να μας οδηγήσουν στα ίχνη του. σε ένα χαρτίπου δημοσιεύθηκε3 Απριλίου 2019, στοΕπιστολές φυσικής ανασκόπησης, έθεσαν μια καινοτόμο μέθοδο για την καταδίωξη της σκοτεινής ύλης στον LHC, εκμεταλλευόμενοι την ελαφρώς πιο αργή ταχύτητα ενός σωματιδίου.


Τεράστιο μηχάνημα, μικροσκοπικό άτομο που στέκεται σε αυτό για κλίμακα, με γιγάντιους ακτινικούς σωλήνες να βγαίνουν από το κέντρο.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) είναι το μεγαλύτερο μηχάνημα στον κόσμο. Βρίσκεται σε μια σήραγγα 575 πόδια (175 μέτρα) κάτω από τα σύνορα Γαλλίας -Ελβετίας. Εικόνα μέσωCERNΤο

Ενώ ο σκοτεινός κόσμος αποτελεί περισσότερο από το 95 τοις εκατό του σύμπαντος, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι υπάρχει μόνο από τα αποτελέσματά του - όπως ένας poltergeist μπορείτε να δείτε μόνο όταν σπρώχνει κάτι από ένα ράφι. Για παράδειγμα, γνωρίζουμε ότι υπάρχει σκοτεινή ύλη, επειδή μπορούμε να δούμε τη βαρύτητα να δρα πάνω της - βοηθάει να μην χωρίζουν οι γαλαξίες μας.

Οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι υπάρχει ένα συγκεκριμένο είδος σκοτεινού σωματιδίου που αλληλεπιδρά μόνο περιστασιακά με την κανονική ύλη. Θα ήταν βαρύτερο και μακρύτερο από άλλα γνωστά σωματίδια, με διάρκεια ζωής έως το ένα δέκατο του δευτερολέπτου. Μερικές φορές σε μια δεκαετία, πιστεύουν οι ερευνητές, αυτό το σωματίδιο μπορεί να παγιδευτεί στις συγκρούσεις πρωτονίων που δημιουργεί και μετράει συνεχώς ο LHC. Ο Wang είπε:

Μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα πιθανότητα είναι ότι αυτά τα μακρόβια σκοτεινά σωματίδια συνδέονται με το μποζόνιο Higgs με κάποιο τρόπο-ότι ο Higgs είναι στην πραγματικότητα μια πύλη προς τον σκοτεινό κόσμο.


Ο Γουάνγκ αναφέρεται στο μποζόνιο Χιγκς - το τελευταίο σωματίδιο στη μεγάλη θεωρία των φυσικών για το πώς λειτουργεί το σύμπαν,ανακαλύφθηκε στο LHC το 2012Το Αυτός είπε:

Είναι πιθανό ότι ο Higgs θα μπορούσε πράγματι να διασπαστεί σε αυτά τα μακρόβια σωματίδια.

Το μόνο πρόβλημα είναι να τακτοποιήσουμε αυτά τα γεγονότα από τα υπόλοιπα. υπάρχουν περισσότερες από ένα δισεκατομμύριο συγκρούσεις ανά δευτερόλεπτο στον LHC 27 χιλιομέτρων, και κάθε μία από αυτές στέλνει υποατομικό ψεκασμό τριβής προς όλες τις κατευθύνσεις.

Wang, μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Πανεπιστημίου του ΣικάγουΤζια Λιούκαι Fermilab επιστήμοναςΖεν Λιού(τώρα στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ) πρότεινε έναν νέο τρόπο αναζήτησης αξιοποιώντας μια συγκεκριμένη όψη ενός τόσο σκοτεινού σωματιδίου. Ο Liu, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, είπε:


Αν είναι τόσο βαρύ, κοστίζει ενέργεια για παραγωγή, οπότε η ορμή του δεν θα είναι μεγάλη - θα κινείται πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός.

Αυτή η χρονική καθυστέρηση θα το έκανε να ξεχωρίσει από όλα τα υπόλοιπα κανονικά σωματίδια. Οι επιστήμονες θα χρειαζόταν μόνο να τροποποιήσουν το σύστημα για να αναζητήσουν σωματίδια που παράγονται και στη συνέχεια να αποσυντεθούν λίγο πιο αργά από όλα τα άλλα.

Η διαφορά είναι της τάξης ενός νανοδευτερολέπτου - ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου - ή μικρότερη. Αλλά ο LHC έχει ήδη ανιχνευτές αρκετά εξελιγμένους για να πιάσει αυτή τη διαφορά. έναπρόσφατη μελέτηχρησιμοποιώντας δεδομένα που συλλέχθηκαν από την τελευταία εκτέλεση που διαπιστώθηκε ότι η μέθοδος πρέπει να λειτουργεί, καθώς και οι ανιχνευτές θα γίνουν ακόμη πιο ευαίσθητοι στο πλαίσιο της αναβάθμισης που βρίσκεται σε εξέλιξη. Ο Liu είπε:

Προβλέπουμε ότι αυτή η μέθοδος θα αυξήσει την ευαισθησία μας στα μακρόβια σκοτεινά σωματίδια κατά περισσότερο από μια τάξη μεγέθους-ενώ χρησιμοποιούμε δυνατότητες που έχουμε ήδη στο LHC.

Οι πειραματιστές εργάζονται ήδη για να χτίσουν την παγίδα: Όταν ο LHC ενεργοποιηθεί ξανά το 2021, αφού δεκαπλασιάσει τη φωτεινότητά του, και οι τρεις κύριοι ανιχνευτές θα εφαρμόσουν το νέο σύστημα, είπαν οι επιστήμονες. Ο Liu είπε:

Πιστεύουμε ότι έχει μεγάλες δυνατότητες ανακάλυψης.

Ο Wang πρόσθεσε:

Εάν το σωματίδιο είναι εκεί, πρέπει απλώς να βρούμε έναν τρόπο να το ξεθάψουμε. Συνήθως, το κλειδί είναι να βρούμε την ερώτηση που πρέπει να κάνουμε.

Κατώτατη γραμμή: Τώρα που εντόπισαν το μποζόνιο Higgs, οι επιστήμονες του Large Hadron Collider έβαλαν τα βλέμματά τους σε έναν ακόμη πιο άπιαστο στόχο - σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια.

Πηγή: Ενίσχυση μακροχρόνιων αναζητήσεων σωματιδίων στο LHC με πληροφορίες ακριβούς χρονισμού