Nu, hvor forskere har fundet Higgs boson, vil Large Hadron Collider være på udkig efter et endnu mere undvigende mål: mørk stof. Vi er omgivet af mørkt stof og mørk energi - usynlige stoffer, der binder galakser, men ikke giver sig selv væk. Det nye værk skitserer en innovativ metode til at søge efter mørkt stof af Large Hadron Collider ved at udnytte den relativt langsomme hastighed for en potentiel partikel.
Den mørke verden af mørk stof
”Vi ved med sikkerhed, at der er en mørk verden, og at der er mere energi i den end vores,” siger Lien-Tao Wong, en fysikprofessor ved University of Chicago, der undersøger søgen efter signaler i store partikelacceleratorer som LHC. Værket blev offentliggjort i Physical Review Letters.
Selvom den mørke verden udgør mere end 95% af universet, ved forskerne kun om dens eksistens fra de virkninger, den har - som en poltergeist, som kun er synlig, hvis noget bevæger sig på en hylde, eller når et lys blinker. For eksempel ved vi om eksistensen af mørkt stof, fordi vi ser dens gravitationseffekt - det hjælper vores galakser med ikke at flyve fra hinanden.
Teoretikere mener, at der er en speciel slags mørk partikel, som med jævne mellemrum kan interagere med almindeligt stof. Det vil være tungere og vil vare længere end andre kendte partikler - op til en tiendedel af et sekund. Ifølge forskere kan flere gange om et årti en sådan partikel blive fanget i kollisioner med protoner ved LHC, som forekommer og måles konstant.
”En særlig interessant mulighed er, at disse langvarige mørke partikler på en eller anden måde er relateret til Higgs-boson - at Higgs faktisk er en portal til den mørke verden,” siger Wong og henviser til de sidste partikelfysikere, der blev opdaget i den store teori om, hvordan universet fungerer. … Higgs-bosonen blev opdaget på LHC i 2012. "Måske kan Higgs faktisk forfalde i disse langvarige partikler."
Det eneste problem er at adskille disse begivenheder fra resten; ved den 27 kilometer lange LHC er der mere end en milliard kollisioner pr. sekund, som hver sender subatomisk spray i alle retninger.
Salgsfremmende video:
Forskere har foreslået en ny søgemetode, der bruger et bestemt aspekt af en sådan mørk partikel. "Hvis det er så tungt, kræver det energi at producere, så momentumet ikke vil være stort - det vil rejse langsommere end lysets hastighed," siger Jia Liu, den første forfatter af undersøgelsen.
Denne tidsforsinkelse får den til at skille sig ud fra resten af partiklerne. Forskere behøver kun at finpusse systemet for at finde de partikler, det producerer. Forskellen ligger i intervallet af et nanosekund - en milliardedels sekund - eller mindre. Men LHC har allerede smarte nok detektorer til at opfange denne forskel; en nylig undersøgelse med data indsamlet under den sidste lancering af collideren viste, at denne metode skulle fungere, plus detektorerne vil blive endnu mere følsomme med den kommende opgradering.
”Vi forventer, at denne metode vil øge vores følsomhed over for langvarige mørke partikler med flere størrelsesordener - samtidig med at vi udnytter de kapaciteter, som LHC allerede har,” siger Liu. Eksperimenter arbejder allerede med at skabe en fælde. Når LHC tændes igen i 2021, efter en 10 gange stigning i lysstyrke, vil alle tre hoveddetektorer være udstyret med et nyt system.
”Vi mener, at der er et stort potentiale for opdagelse. Hvis der er en partikel, vil vi have en måde at udtrække den på."
Ilya Khel
