Тъмната материя може да се крие в потоците частици на Големия адронен колайдер

Ваня Милева Последна промяна на 01 декември 2023 в 00:00 5443 0

Детекторът ATLAS в Големия адронен колайдер.

Кредит CERN/Claudia Marcelloni/Max Brice

Детекторът ATLAS в Големия адронен колайдер.

Търсенето на тъмна материя е неуспешно, но за щастие е предоставило важни ограничения, които ще помогнат на бъдещите експерименти да стеснят търсенето на тази неуловима субстанция.

Повечето астрономи смятат, че тъмната материя съставлява 85% от общата маса на Вселената и че нейното съществуване обяснява видимата допълнителна гравитация, открита около галактиките и в огромните галактически купове. Досега обаче никой не е успял да определи от какво е изградена тъмната материя.

Доскоро вид частици, наречени WIMP (Weakly Interacting Massive Particles или слабо взаимодействащи масивни частици), се смятаха за основния кандидат. Смята се, че тези теоретични частици имат малко или никакво взаимодействие с обикновената материя, освен когато става дума за гравитация.

Въпреки това Големият адронен колайдер, най-големият и най-мощен ускорител на частици в света, не можа да намери доказателства за съществуването на WIMP.

Така че теоретиците трябва да търсят алтернативни теории за това какво може да бъде тъмната материя.

"WIMP са един от класовете частици, за които се предполага, че обясняват тъмната материя, защото не абсорбират или излъчват светлина и не взаимодействат силно с други частици", казва в изявление Дийпак Кар (Deepak Kar), професор по физика в университета Витватерсранд в Йоханесбург. "Въпреки това, тъй като все още не са намерени доказателства за WIMP, осъзнахме, че търсенето на тъмна материя изисква промяна на парадигмата."

Някои алтернативни модели на тъмната материя предполагат, че вместо да взаимодейства слабо, тъмната материя може да взаимодейства силно с някои частици в Стандартния модел, система от физика на частиците, която описва всички известни частици и как всяка частица взаимодейства и се свързва една с друга.

Смята се, че частиците тъмна материя съществуват извън Стандартния модел. Моделите, които предсказват силни взаимодействия на тъмната материя, по-скоро описват менажерия от теоретични частици, започвайки с основните "тъмни кварки" и "тъмни глуони". Те са като тъмни огледални изображения на кварките и глуоните, които са основните градивни елементи на цялата видима материя и несъмнено присъстват в Стандартния модел.

Сега Кар и неговият бивш студент Суканя Синха (Sukanya Sinha), сега в Университета на Манчестър, Великобритания, са разработили нов начин за търсене на тези потенциални тъмни кварки и тъмни глуони във високоенергийните протонни сблъсъци, които се случват в LHC.

Когато протоните се доближават до скоростта на светлината вътре в LHC, те се разпадат на съставните си кварки и глуони, които бързо се разпадат, създавайки поток от краткотрайни субатомни частици. Тези потоци от частици се наричат струи или ​​"джетове" (jets).

Диаграма, илюстрираща производството на полувидими струи чрез t-канален медиатор, Φ, произвеждащ двойка тъмни кварки, обозначени с qdark. DS обозначава тъмен поток, който произвежда крайно състояние, състоящо се от адрони по Стандартния модел и тъмни адрони. Кредит: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2023.138324 

Идеята на Кар и Синха, която формира основата на докторската дисертация на Синха, се състои втова, че потенциално съществуващи тъмни кварки и тъмни глуони могат да се разпаднат, за да създадат смес от частици, някои обикновени, а други - тъмни. Това би довело до нещо, което те наричат ​​"полувидими" струи.

Струите се произвеждат по двойки, обясняват те, и ако една нормална струя и една полувидима струя се произвеждат една до друга, тъмните частици ще отнесат част от енергията, което ще доведе до забележимо нарушение в енергийния баланс, тъй като тъмните частици няма да се виждат.

Кар и Синха ръководят търсенето на тези енергийни дисбаланси, използвайки експеримента ATLAS в LHC. Тъй като малка грешка в измерването на двете нормални струи може да имитира енергийния дисбаланс на полувидимата струя, данните от ATLAS трябва да бъдат анализирани много внимателно.

Двамата физици обаче не откриват доказателства за полувидимите струи - но това все още не означава, че не съществуват. Резултатите от детектора ATLAS са публикувани в списание Physics Letters B, показват горни граници на свойствата на тези теоретични тъмни частици, което позволява на бъдещи експерименти да могат дасе  настроят фино, за да ги намерят.

Справка: G. Aad et al; Search for non-resonant production of semi-visible jets using Run 2 data in ATLAS, Physics Letters B, Volume 848, 2024, 138324, ISSN 0370-2693, https://doi.org/10.1016/j.physletb.2023.138324  (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269323006585)

Източник: Dark matter may be hiding in the Large Hadron Collider's particle jets, Keith Cooper, space.com

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !