Forskere finder en måde at fange mystisk mørk verdenspartikel ved Large Hadron Collider

Nu hvor de har identificeret Higgs -bosonen, forskere ved Large Hadron Collider har sat deres blik på et endnu mere undvigende mål.

Overalt omkring os er mørkt stof og mørk energi - de usynlige ting, der binder galaksen sammen, men som ingen har været i stand til direkte at opdage. "Vi ved med sikkerhed, at der er en mørk verden, og der er mere energi i det, end der er i vores, "sagde LianTao Wang, en professor i fysik ved University of Chicago, der studerer, hvordan man finder signaler i store partikelacceleratorer som LHC.

Wang, sammen med forskere fra universitetet og UChicago-tilknyttede Fermilab, tror, ​​at de måske kan føre os til dens spor; i et papir offentliggjort 3. april i Fysisk gennemgangsbreve , de lagde en innovativ metode til forfølgelse af mørkt stof i LHC ved at udnytte en potentiel partikels lidt lavere hastighed.

Mens den mørke verden udgør mere end 95 procent af universet, videnskabsfolk ved kun, at det eksisterer fra dets virkninger - ligesom en poltergeist kan du kun se, når det skubber noget fra en hylde. For eksempel, vi ved, at der er mørkt stof, fordi vi kan se tyngdekraften påvirke det - det hjælper med at forhindre vores galakser i at flyve fra hinanden.

Teoretikere tror, ​​at der er en bestemt form for mørk partikel, der kun lejlighedsvis interagerer med normalt stof. Det ville være tungere og længere levetid end andre kendte partikler, med en levetid på op til en tiendedel af et sekund. Et par gange på et årti, forskere mener, denne partikel kan blive fanget i kollisioner af protoner, som LHC konstant skaber og måler.

"En særlig interessant mulighed er, at disse langlivede mørke partikler på en eller anden måde er koblet til Higgs-bosonen-at Higgs faktisk er en portal til den mørke verden, "sagde Wang, med henvisning til den sidste holdoutpartikel i fysikernes store teori om, hvordan universet fungerer, opdaget ved LHC i 2012. "Det er muligt, at Higgs faktisk kunne forfalde til disse langlivede partikler."

Det eneste problem er at sortere disse begivenheder fra resten; der er mere end en milliard kollisioner i sekundet i den 27 kilometer lange LHC, og hver af disse sender subatomære agnsprøjtning i alle retninger.

Wang, UChicago postdoktor Jia Liu og Fermilab -videnskabsmanden Zhen Liu (nu ved University of Maryland) foreslog en ny måde at søge på ved at udnytte et bestemt aspekt af en sådan mørk partikel. "Hvis det er så tungt, det koster energi at producere, så dens momentum ikke ville være stor - den ville bevæge sig langsommere end lysets hastighed, "sagde Liu, den første forfatter på undersøgelsen.

Denne tidsforsinkelse ville adskille den fra alle de normale partikler. Forskere behøver kun at finjustere systemet for at lede efter partikler, der produceres og derefter henfalde lidt langsommere end alt andet.

Forskellen er på størrelsesordenen et nanosekund - en milliarddel af et sekund - eller mindre. Men LHC har allerede detektorer sofistikerede nok til at fange denne forskel; en nylig undersøgelse med data indsamlet fra det sidste løb og fandt frem til, at metoden skulle fungere, plus detektorerne bliver endnu mere følsomme som en del af den opgradering, der i øjeblikket er i gang.

"Vi forventer, at denne metode vil øge vores følsomhed over for langtidslevende mørke partikler med mere end en størrelsesorden-mens vi bruger kapaciteter, vi allerede har på LHC, "Sagde Liu.

Eksperimentister arbejder allerede på at bygge fælden:Når LHC tændes igen i 2021, efter at have forstærket sin lysstyrke ti gange, alle tre af de store detektorer vil implementere det nye system, sagde forskerne. "Vi synes, det har et stort opdagelsespotentiale, "Sagde Liu.

"Hvis partiklen er der, vi skal bare finde en måde at grave det ud på, "Sagde Wang." Normalt, nøglen er at finde det spørgsmål, der skal stilles. "