Nu när forskare har hittat Higgs boson kommer Large Hadron Collider att leta efter ett ännu mer svårt mål: mörk materia. Vi är omgivna av mörk materia och mörk energi - osynliga ämnen som binder galaxer, men inte ger sig bort. Det nya arbetet beskriver en innovativ metod för att söka efter mörkt material av Large Hadron Collider genom att utnyttja en relativt långsam hastighet hos en potentiell partikel.
Den mörka världen av mörk materia
"Vi vet säkert att det finns en mörk värld och att det finns mer energi i den än vår," säger Lien-Tao Wong, en fysikprofessor vid University of Chicago som studerar signalsökning i stora partikelacceleratorer som LHC. Arbetet publicerades i Physical Review Letters.
Även om den mörka världen utgör mer än 95% av universum, vet forskare bara om dess existens från effekterna den har - som en poltergeist, som är synlig endast om något rör sig på en hylla eller när ett ljus blinkar. Till exempel vet vi om förekomsten av mörk materia, eftersom vi ser dess gravitationseffekt - det hjälper våra galaxer att inte flyga isär.
Teoretiker tror att det finns en speciell typ av mörk partikel som regelbundet kan interagera med vanligt ämne. Det kommer att vara tyngre och kommer att hålla längre än andra kända partiklar - upp till en tiondel av en sekund. Enligt forskare kan en sådan partikel flera gånger per decennium fångas i kollisioner av protoner vid LHC, som uppstår och mäts konstant.
"En särskilt intressant möjlighet är att dessa långlivade mörka partiklar på något sätt är relaterade till Higgs boson - att Higgs faktiskt är en portal till den mörka världen," säger Wong och hänvisar till de sista partikelfysikerna som upptäcktes i den stora teorin om hur universum fungerade. … Higgs boson upptäcktes på LHC 2012. "Kanske kan Higgs faktiskt förfalla till dessa långlivade partiklar."
Det enda problemet är att skilja dessa händelser från resten; vid 27 km LHC finns det mer än en miljard kollisioner per sekund, som var och en skickar ut subatomär spray i alla riktningar.
Kampanjvideo:
Forskare har föreslagit en ny sökmetod som använder en speciell aspekt av en så mörk partikel. "Om det är så tungt kräver det energi för att producera, så att fart inte blir stort - det kommer att resa långsammare än ljusets hastighet," säger Jia Liu, studiens första författare.
Denna tidsfördröjning kommer att göra att den sticker ut från resten av partiklarna. Forskare behöver bara justera systemet för att hitta de partiklar som det producerar. Skillnaden ligger i intervallet ett nanosekund - en miljarddels sekund - eller mindre. Men LHC har redan tillräckligt smarta detektorer för att ta upp denna skillnad; en ny studie med data som samlats in från den senaste lanseringen av collideren visade att den här metoden borde fungera, plus detektorerna kommer att bli ännu mer känsliga med den kommande uppgraderingen.
"Vi förväntar oss att denna metod kommer att öka vår känslighet för långlivade mörka partiklar med flera storleksordningar - samtidigt som vi utnyttjar de funktioner som LHC redan har," säger Liu. Experimenter arbetar redan med att skapa en fälla. När LHC slås på igen 2021, efter en tiofaldig ökning av ljusstyrkan, kommer alla tre huvuddetektorer att vara utrustade med ett nytt system.
”Vi tror att det finns en stor potential för upptäckt. Om det finns en partikel kommer vi att ha ett sätt att extrahera den."
Ilya Khel
