Verdens største atomknusere mister muligvis sin mørke stof. Men fysikere får et klarere billede af, hvordan den tabte mørke stof kan se ud - hvis den endda findes.
ATLAS, detektoren for meget store partikler ved Genève-baserede Large Hadron Collider (LHC), er bedst kendt for at opdage Higgs-bosonen tilbage i 2012. Nu er den gået på jagt efter endnu mere eksotiske partikler - inklusive teoretisk "supersymmetrisk "partikler eller partnerpartikler til alle de kendte partikler i universet.
Hvis supersymmetri er reel, kunne nogle af disse partikler forklare det usynlige mørke stof spredt over vores univers. Nu har et par resultater præsenteret på en ATLAS-fokuseret konference i marts tilbudt den mest præcise beskrivelse endnu af, hvordan disse hypotetiske partikler ville have til at se ud.
Usynlige sager
Lad os tage backup.
Mørk materie er de usete ting, der muligvis udgør det meste af universet. Der er en række grunde til at formode, at det eksisterer, selvom ingen kan se det. Men her er den mest indlysende: Galakser findes.
Når vi kigger rundt i vores univers, kan forskere se, at galakser ikke synes massive nok til at binde sig sammen med tyngdekraften af deres synlige stjerner og anden almindelig stof. Hvis de ting, vi kunne se, var alt, hvad der er, ville disse galakser skubbe fra hinanden. Det antyder, at noget uset mørkt stof er samlet i galakser og holder dem sammen med dens tyngdekraft.
Men ingen af de kendte partikler kan forklare den kosmiske bane af galakser. Så de fleste fysikere antager, at der er noget andet derude, en slags partikel (eller partikler), som vi aldrig har set, der udgør alt det mørke stof.
Eksperimentelle fysikere har bygget mange detektorer for at jage dem.
Disse eksperimenter fungerer på forskellige måder, men i det væsentlige beløber mange sig til at lægge en stor del af ting i et meget mørkt rum og se det meget nøje. Til sidst går teorien, vil en eller anden partikel af mørk materie slå i den store del af ting og få den til at glitre. Og afhængigt af arten af de ting og det glitrende, vil fysikere lære, hvordan den mørke stofpartikel så ud.
ATLAS tager den modsatte tilgang og leder efter partikler med mørke stoffer et af de lyseste steder på Jorden. LHC er en meget stor maskine, der smadrer partikler sammen i utroligt høje hastigheder. Inde i miles af rør er en slags igangværende eksplosion af nye partikler dannet i disse kollisioner. Da ATLAS opdagede Higgs-bosonen, var det en masse Higgs-bosoner, der faktisk blev skabt af LHC.
Nogle teoretikere mener, at LHC også muligvis skaber specifikke slags mørke stofpartikler: supersymmetriske partnere med kendte partikler. Ordet "supersymmetri" refererer til en teori om, at mange af de kendte partikler i fysik har uopdaget "partnere", som er meget sværere at opdage. Denne teori er ikke blevet bevist, men hvis den var sand, ville den forenkle en masse af de rodede ligninger, der i øjeblikket styrer partikelfysik.
Det er også muligt, at supersymmetriske partikler med de rigtige egenskaber kan udgøre en del af eller alt det manglende mørke stof i universet. Og hvis de laves på LHC, skal ATLAS være i stand til at bevise det.
Jakten på supersymmetriske partikler
Men der er et problem. Fysikere bliver i stigende grad overbevist om, at hvis disse supersymmetriske partikler fremstilles ved LHC, flyver de ud af detektoren inden de henfalder. Det er et problem, som Live Science tidligere har rapporteret, fordi ATLAS ikke direkte registrerer eksotiske supersymmetriske partikler, men i stedet ser de mere almindelige partikler, som supersymmetriske partikler forvandler sig til, efter at de henfalder… Hvis supersymmetriske partikler skyder ud af LHC inden de forfalder, dog kan ATLAS ikke se den underskrift. Så dens forskere kom med et kreativt alternativ: Jagt, ved hjælp af statistikker fra millioner af partikelkollisioner i LHC, til bevis for, at der mangler noget andet.
”Deres tilstedeværelse kan kun udledes af størrelsen af kollisionens manglende tværgående momentum,” sagde forskerne i en erklæring.
Det er imidlertid en vanskelig opgave at måle det manglende momentum.
"I det tætte miljø med adskillige overlappende kollisioner, der er genereret af LHC, kan det være vanskeligt at adskille ægte fra falske" momentum, sagde forskerne…
Indtil videre har den jagt ikke vist noget. Men det er nyttige oplysninger. Hver gang et bestemt mørkt stofeksperiment mislykkes, giver det forskere information om, hvordan mørk stof ikke ser ud. Fysikere kalder denne indsnævringsproces "begrænsende" mørk stof.
Disse to martsresultater, der er baseret på den statistiske jagt på manglende momentum, viser, at hvis visse supersymmetriske mørke stofkandidater (kaldet charginos, sleptons og supersymmetriske bundkvarker) ikke eksisterer, skal de have særlige egenskaber, som ATLAS endnu ikke har udelukket.
Hvis de nuværende modeller for supersymmetri er korrekte, skal et charginospar være mindst 447 gange en protons masse, og et par sleptoner skal være mindst 746 gange en protons masse.
På baggrund af nuværende modeller skulle den supersymmetriske bundkvark være mindst 1.545 gange massen af en proton.
ATLAS er allerede færdig med at jage efter mere lette charginoer, sleptons og bundkvarker. Og forskerne sagde, at de er 95% sikre på, at de ikke eksisterer.
I nogle henseender ser jakten på mørkt stof konstant til at frembringe nul fund, hvilket kan være skuffende. Men disse fysikere er fortsat optimistiske.
Disse resultater, sagde de i en erklæring, "lægger stærke begrænsninger for vigtige supersymmetriske scenarier, som vil vejlede fremtidige ATLAS-søgninger."
Som et resultat har ATLAS nu en ny metode til jagt på mørkt stof og supersymmetri. Det er bare ikke tilfældet at finde noget mørkt stof eller supersymmetri endnu.
