Didžiausias pasaulyje atominis triuškintojas gali prarasti savo tamsiąją medžiagą. Tačiau fizikai gauna aiškesnį vaizdą, kaip galėtų atrodyti prarasta tamsi medžiaga, jei ji net egzistuotų.
ATLAS, labai didelių dalelių detektorius Ženevos pagrindu veikiančiame dideliame hadronų susidūrime (LHC), yra geriausiai žinomas atradus Higso bozoną dar 2012 m. Dabar jis pradėjo medžioti dar egzotiškesnes daleles, įskaitant teorines „supersimetrines“. dalelių arba partnerių dalelių visoms žinomoms dalelėms Visatoje.
Jei supersimetrija yra tikra, kai kurios iš šių dalelių galėtų paaiškinti nematytą tamsiąją medžiagą, paplitusią per mūsų visatą. Kovo mėn. ATLAS konferencijoje pristatytų rezultatų pora pasiūlė tiksliausią vis dėlto aprašymą, kaip tos hipotetinės dalelės turėtų atrodyti.
Nematomas dalykas
Grįžkime atgal.
Tamsioji materija yra nematyti dalykai, kurie gali sudaryti didžiąją dalį visatos. Yra keletas priežasčių įtarti, kad jis egzistuoja, nors niekas to nemato. Bet čia yra akivaizdžiausias: galaktikos egzistuoja.
Žvelgdami į mūsų visatą, tyrinėtojai gali pamatyti, kad galaktikos neatrodo pakankamai masyvios, kad surištų save su matomų žvaigždžių ir kitų įprastų medžiagų sunkumais. Jei ten būtų viskas, ką galėjome pamatyti, tos galaktikos išsiskirtų. Tai rodo, kad kai kurios nematytos tamsiosios medžiagos yra susikaupusios galaktikose ir laikančios jas kartu su savo gravitacija.
Tačiau nė viena iš žinomų dalelių negali paaiškinti kosminio galaktikų tinklo. Taigi dauguma fizikų mano, kad ten yra kažkas kita, kažkokios dalelės (ar dalelės), kurių mes niekada nematėme, tai sudaro visą tą tamsiąją medžiagą.
Eksperimentiniai fizikai sukūrė daugybę detektorių, kad juos medžiotų.
Šie eksperimentai veikia skirtingais būdais, tačiau iš esmės daug kas reiškia didelį daiktų gabalo įdėjimą į labai tamsų kambarį ir labai atidžiai stebint. Galų gale, teorija tęsiasi, kai kurios tamsiosios medžiagos dalelės įsirėš į didelę dalelę ir privers ją blizgėti. Priklausomai nuo daiktų pobūdžio ir blizgučių, fizikai sužinos, kaip atrodė tamsiosios medžiagos dalelės.
ATLAS laikosi priešingo požiūrio, ieškodamas tamsiosios medžiagos dalelių vienoje iš ryškiausių vietų Žemėje. LHC yra labai didelis aparatas, kuris nepaprastai dideliu greičiu suardo daleles. Vamzdžių myliose yra tarsi besitęsiantis naujų dalelių, susiformavusių per tuos susidūrimus, sprogimas. Kai ATLAS atrado Higso bozoną, tai pamatė daugybė Higso bozonų, kuriuos iš tikrųjų sukūrė LHC.
Kai kurie teoretikai mano, kad LHC gali sukurti ir tam tikros rūšies tamsiosios medžiagos daleles: žinomų dalelių supersimetrinius partnerius. Žodis „supersimetrija“ reiškia teoriją, kad daugelis fizikoje žinomų dalelių turi neatrastų „partnerių“, kuriuos yra daug sunkiau aptikti. Ši teorija neįrodyta, tačiau, jei ji būtų teisinga, ji supaprastintų daugybę nepatogių lygčių, kurios šiuo metu valdo dalelių fiziką.
Taip pat gali būti, kad supersimetriškos dalelės, turinčios tinkamas savybes, galėtų sudaryti dalį ar visą trūkstamą tamsiąją medžiagą visatoje. O jei jie gaminami LHC, ATLAS turėtų sugebėti tai įrodyti.
Supersimetriškų dalelių medžioklė
Bet yra problema. Fizikai vis labiau įsitikinę, kad jei tos supersimetriškos dalelės yra gaminamos LHC, jos išskrenda iš detektoriaus prieš tai nualpdamos. Tai yra problema, kaip anksčiau pranešė „Live Science“, nes ATLAS tiesiogiai neranda egzotiškų supersimetriškų dalelių, o mato dažniau daleles, kurios supersimetriškomis dalelėmis virsta po to, kai jos suyra. Tačiau tada ATLAS nemato šio parašo, todėl jos tyrėjai sugalvojo kūrybinę alternatyvą: Medžioklė, naudojant milijonų LHC dalelių susidūrimo statistiką, siekiant įrodyti, kad dar kažko trūksta.
„Jų buvimas gali būti nustatomas tik dėl to, kokio susidūrimo metu trūko skersinio impulso“, - sakoma tyrėjų pranešime.
Tikslus trūkstamo impulso matavimas yra sunki užduotis.
„Esant tankiai aplinkai, kurioje LHC sukėlė daugybę susidūrimų, gali būti sunku atskirti tikrąjį nuo suklastoto“, teigia tyrėjai.
Iki šiol ši medžioklė nieko nepadarė. Bet tai naudinga informacija. Kai tam tikras tamsiosios medžiagos eksperimentas žlunga, tyrėjams pateikiama informacija apie tai, kokia tamsiosios medžiagos išvaizda nėra. Fizikai šį susiaurėjimo procesą vadina „suvaržančiąja“ tamsiąja medžiaga.
Šie du kovo mėnesio rezultatai, pagrįsti statistine trūkstamo impulso medžiokle, rodo, kad jei egzistuoja tam tikri supersimetriniai tamsiosios medžiagos kandidatai (vadinami charginomis, sleptonais ir supersimetriniais dugno kvarkais), jie turi turėti ypatingas savybes, kurių ATLAS dar neatmetė.
Jei dabartiniai supersimetrijos modeliai yra teisingi, charginų pora turi būti bent 447 kartus didesnė už protono masę, o sleptonų pora turi būti bent 746 kartus didesnė už protono masę.
Panašiai, remiantis dabartiniais modeliais, supersimetrinis apatinis kvarkas turėtų būti bent 1545 kartus didesnis už protono masę.
ATLAS jau baigė medžioti lengvesnius charginus, sleptonus ir dugno kvarkus. Ir tyrėjai teigė, kad 95% įsitikinę, kad jų nėra.
Tam tikrais aspektais atrodo, kad tamsiosios medžiagos medžioklė nuolat daro niekinius radinius, o tai gali nuvilti. Tačiau šie fizikai išlieka optimistiški.
Šie rezultatai, sakoma pranešime, „griežtai suvaržo svarbius supersimetriškus scenarijus, kurie padės ateityje ieškoti ATLAS“.
Todėl ATLAS dabar turi naują metodą tamsiosios medžiagos ir supersimetrijos medžioklei. Tiesiog dar neįvyko rasti tamsiosios medžiagos ar supersimetrijos.
