Iespējams, ka pasaulē lielākā atomu sadauzītāja zaudē savu tumšo vielu. Bet fiziķi iegūst skaidrāku priekšstatu par to, kā šī zaudētā tumšā matērija varētu izskatīties - ja tāda pat pastāv.
ATLAS, ļoti lielu daļiņu detektors Ženēvā bāzētajā lielā hadronu sadursmē (LHC), ir vislabāk pazīstams ar Higsa bozona atklāšanu jau 2012. gadā. Tagad tas ir meklējis vēl eksotiskāku daļiņu meklēšanu - ieskaitot teorētisko “supersimetrisko”. "daļiņas vai partnera daļiņas visām zināmajām daļiņām Visumā.
Ja supersimetrija ir reāla, dažas no šīm daļiņām varētu izskaidrot neredzēto tumšo vielu, kas izplatījās visā Visumā. Tagad pāris rezultātu, kas tika prezentēti martā uz ATLAS vērstā konferencē, ir piedāvājuši visprecīzāko aprakstu par to, kādai vajadzētu izskatīties šīm hipotētiskajām daļiņām.
Neredzēta matērija
Atjaunosimies.
Tumšā matērija ir neredzētie sīkumi, kas, iespējams, veido Visumu. Pastāv vairāki iemesli uzskatīt, ka tā pastāv, kaut arī neviens to nevar redzēt. Bet šeit ir acīmredzamākais: pastāv galaktikas.
Aplūkojot mūsu Visumu, pētnieki var redzēt, ka galaktikas nešķiet pietiekami masīvas, lai saistītos ar redzamo zvaigžņu un citu parasto lietu smagumu. Ja viss, ko mēs redzējām, būtu viss, kas tur atrodas, šīs galaktikas dreifētu viena no otras. Tas liek domāt, ka kāda neredzēta tumšā matērija ir salikta galaktikās un turot tos kopā ar tā smagumu.
Bet neviena no zināmajām daļiņām nevar izskaidrot galaktiku kosmisko tīmekli. Tātad vairums fiziķu pieņem, ka tur ir kaut kas cits, kaut kādas daļiņas (vai daļiņas), kuras mēs nekad neesam redzējuši, kas veido visu šo tumšo vielu.
Eksperimentālie fiziķi ir uzbūvējuši daudzus detektorus, lai tos medītu.
Šie eksperimenti darbojas dažādos veidos, taču būtībā daudzi nozīmē lielu lietu ievietošanu ļoti tumšā telpā un ļoti uzmanīgu vērošanu. Galu galā teorija iet, dažas tumšās vielas daļiņas iesprūst lielajā gabalā un izraisa tā mirdzēšanu. Atkarībā no to rakstura un mirdzēšanas fiziķi uzzinās, kā izskatījās tumšās vielas daļiņa.
ATLAS izmanto pretēju pieeju, meklējot tumšās vielas daļiņas vienā no spilgtākajām vietām uz Zemes. LHC ir ļoti liela mašīna, kas neticami lielos ātrumos sadala daļiņas kopā. Cauruļu jūdžu iekšpusē notiek sava veida notiekošs jaunu daļiņu sprādziens, kas izveidojies šajās sadursmēs. Kad ATLAS atklāja Higsa bozonu, tas ieraudzīja Higga bozona kopumu, ko faktiski izveidoja LHC.
Daži teorētiķi domā, ka LHC varētu radīt arī īpaša veida tumšās vielas daļiņas: zināmo daļiņu supersimetriskos partnerus. Vārds "supersimetrija" attiecas uz teoriju, ka daudzām fizikā zināmajām daļiņām ir neatklāti "partneri", kurus ir daudz grūtāk atklāt. Šī teorija nav pierādīta, taču, ja tā būtu patiesa, tā daudz vienkāršotu daudzkārtīgos vienādojumus, kas šobrīd regulē daļiņu fiziku.
Iespējams arī, ka supersimetriskas daļiņas ar pareizajām īpašībām varētu radīt daļu vai visu trūkstošo tumšo vielu Visumā. Un, ja viņi tiek izgatavoti LHC, ATLAS vajadzētu to spēt pierādīt.
Supersimetrisku daļiņu medības
Bet tur ir problēma. Fiziķi arvien vairāk pārliecinās, ka, ja šīs supersimetriskās daļiņas tiek veidotas LHC, tās pirms nolietošanās izlido no detektora. Tā ir problēma, kā jau iepriekš ziņoja Live Science, jo ATLAS tieši nekonstatē eksotiskas supersimetriskas daļiņas, bet tā vietā redz biežāk sastopamās daļiņas, pēc kurām supersimetriskas daļiņas pārveidojas pēc to sabrukšanas. Tomēr ATLAS šo parakstu neredz, tāpēc tā pētnieki nāca klajā ar radošu alternatīvu: Medības, izmantojot statistiku no miljoniem LHC daļiņu sadursmju, lai pierādītu, ka kaut kas cits trūkst.
"Viņu klātbūtni var secināt tikai no tā, cik lielā mērā trūkst sadursmes šķērsvirzienā," teikts pētnieku paziņojumā.
Precīza trūkstošā impulsa mērīšana ir grūts uzdevums.
"Biezā vidē, kurā notiek daudzās LHC radītās sadursmes, var būt grūti nodalīt patiesu no viltus", sacīja pētnieki.
Pagaidām šī medības neko nav parādījusi. Bet tā ir noderīga informācija. Ikreiz, kad kāds tumšās vielas eksperiments neizdodas, tas sniedz pētniekiem informāciju par to, kāda tumšās matērijas izskatās. Fiziķi šo sašaurināšanās procesu sauc par "ierobežojošo" tumšo vielu.
Šie divu marta rezultāti, kas balstīti uz trūkstošā impulsa statistisko meklēšanu, parāda, ka, ja pastāv daži supersimetriski tumšās vielas kandidāti (saukti par charginos, sleptoniem un supersimetriskiem grunts kvarkiem), viņiem ir jābūt īpašām īpašībām, kuras ATLAS vēl nav izslēdzis.
Ja pašreizējie supersimetrijas modeļi ir pareizi, chargino pārim jābūt vismaz 447 reizes lielākam par protona masu, un sleptonu pārim jābūt vismaz 746 reizes lielākam par protona masu.
Līdzīgi, balstoties uz pašreizējiem modeļiem, supersimetriskajam apakšējam kvarkam vajadzētu būt vismaz 1545 reizes lielākam par protona masu.
ATLAS jau ir beidzis medīt vieglākus charginos, sleptonus un apakšējos kvarkus. Un pētnieki teica, ka viņi ir 95% pārliecināti, ka viņi neeksistē.
Atsevišķos aspektos šķiet, ka tumšās matērijas meklēšana nerada nekādus atklājumus, kas var radīt vilšanos. Bet šie fiziķi joprojām ir optimistiski.
Šie rezultāti, viņi teica paziņojumā, "uzliek stingrus ierobežojumus svarīgiem supersimetriskiem scenārijiem, kas vadīs turpmākos ATLAS meklējumus."
Tā rezultātā ATLAS tagad ir jauna metode tumšās vielas un supersimetrijas medībām. Tikai vēl nav gadījies atrast tumšo vielu vai supersimetriju.
