Verdens største atomutvikler mister kanskje sin mørke materie. Men fysikere får et tydeligere bilde av hvordan den tapte mørke materien kan se ut - hvis den til og med eksisterer.
ATLAS, detektoren for veldig store partikler ved Geneva-baserte Large Hadron Collider (LHC), er mest kjent for å oppdage Higgs-bosonet tilbake i 2012. Nå har den gått videre for å jakte på enda mer eksotiske partikler - inkludert teoretisk "supersymmetrisk "partikler, eller partnerpartikler til alle de kjente partiklene i universet.
Hvis supersymmetri er ekte, kan noen av disse partiklene forklare den usynlige mørke materien spredt over universet vårt. Nå har et par resultater presentert på en ATLAS-fokusert konferanse i mars tilbudt den mest presise beskrivelsen ennå av hvordan de hypotetiske partiklene måtte se ut.
Usett materie
La oss ta sikkerhetskopi.
Mørk materie er de usettede tingene som kan utgjøre det meste av universet. Det er flere grunner til å mistenke at det eksisterer, selv om ingen kan se det. Men her er den mest åpenbare: Galakser eksisterer.
Når vi ser oss rundt i universet vårt, kan forskere se at galakser ikke virker massive nok til å binde seg sammen med tyngdekraften til sine synlige stjerner og andre vanlige stoffer. Hvis de tingene vi kunne se, var alt det er, ville galaksen drevet fra hverandre. Det antyder at noen usett mørk materie er gruppert i galakser og holder dem sammen med dens tyngdekraft.
Men ingen av de kjente partiklene kan forklare den kosmiske banen til galakser. Så de fleste fysikere antar at det er noe annet der ute, en slags partikkel (eller partikler) som vi aldri har sett, som utgjør alt det mørke stoffet.
Eksperimentelle fysikere har bygget mange detektorer for å jakte på dem.
Disse eksperimentene fungerer på forskjellige måter, men i vesentlig grad er det mange som legger en stor del av ting i et veldig mørkt rom og ser veldig nøye på det. Til slutt går teorien, vil noen partikkel av mørk materie slå i den store delen av ting og få den til å glitre. Og avhengig av innholdet og det glitrende, vil fysikere lære hvordan mørkstoffpartikkelen så ut.
ATLAS tar den motsatte tilnærmingen og leter etter mørkstoffpartikler på et av de lyseste stedene på jorden. LHC er en veldig stor maskin som knuser partikler sammen i utrolig høye hastigheter. Inne i milene med rørene er en slags pågående sprengning av nye partikler dannet i disse kollisjonene. Da ATLAS oppdaget Higgs-bosonet, var det en haug med Higgs-bosoner som faktisk ble opprettet av LHC.
Noen teoretikere tror at LHC også kan lage spesifikke typer mørkstoffpartikler: supersymmetriske partnere til kjente partikler. Ordet "supersymmetri" refererer til en teori om at mange av de kjente partiklene i fysikk har uoppdaget "partnere" som er mye vanskeligere å oppdage. Denne teorien har ikke blitt bevist, men hvis den var sann, ville den forenkle mye av de rotete likningene som i dag styrer partikkelfysikken.
Det er også mulig at supersymmetriske partikler med de rette egenskapene kan utgjøre en del av eller alt det manglende mørke stoffet i universet. Og hvis de blir laget på LHC, skal ATLAS kunne bevise det.
Jakten på supersymmetriske partikler
Men det er et problem. Fysikere blir stadig mer overbevist om at hvis de supersymmetriske partiklene blir laget på LHC, flyr de ut av detektoren før de råtner. Det er et problem, som Live Science tidligere har rapportert, fordi ATLAS ikke direkte oppdager eksotiske supersymmetriske partikler, men i stedet ser de mer vanlige partiklene som supersymmetriske partikler forvandler seg til etter at de har forfalt ... Hvis supersymmetriske partikler skyter ut av LHC før de råtner, ATLAS kan imidlertid ikke se den signaturen. Så forskerne kom med et kreativt alternativ: Jakt, ved hjelp av statistikk fra millioner av partikkelkollisjoner i LHC, for bevis på at noe annet mangler.
"Deres tilstedeværelse kan bare utledes av omfanget av kollisjonens manglende tverrgående momentum," sa forskerne i en uttalelse.
Det er imidlertid en vanskelig oppgave å måle det manglende momentet.
"I det tette miljøet med mange overlappende kollisjoner som genereres av LHC, kan det være vanskelig å skille ekte fra falske" momentum, sa forskerne ...
Så langt har den jakten ikke dukket opp noe. Men det er nyttig informasjon. Når et bestemt eksperiment med mørk materie mislykkes, gir det forskere informasjon om hvordan mørk materie ikke ser ut. Fysikere kaller denne innsnevringsprosessen for å "begrense" mørk materie.
Disse to mars-resultatene, basert på den statistiske jakten på manglende fart, viser at hvis visse supersymmetriske mørkstoffkandidater (kalt charginos, sleptons og supersymmetriske bunnkvarker) eksisterer, må de ha spesielle egenskaper som ATLAS ennå ikke har utelukket.
Hvis nåværende modeller for supersymmetri er korrekte, må et par charginos være minst 447 ganger massen til et proton, og et par sovemaskiner må være minst 746 ganger massen til et proton.
På samme måte, basert på nåværende modeller, ville det supersymmetriske bunnkvarken være minst 1.545 ganger massen til et proton.
ATLAS er allerede ferdig med å jakte på mer lette charginos, sleptons og bunnkvarker. Og forskerne sa at de er 95% sikre på at de ikke eksisterer.
På noen måter ser jakten på mørk materie stadig ut til å gi null funn, noe som kan være skuffende. Men disse fysikerne er fortsatt optimistiske.
Disse resultatene, sa de i en uttalelse, "plasserer sterke begrensninger for viktige supersymmetriske scenarier, som vil lede fremtidige ATLAS-søk."
Som et resultat har ATLAS nå en ny metode for jakt på mørk materie og supersymmetri. Det har ikke skjedd å finne noen mørk materie eller supersymmetri ennå.
