Після того, як фізики знайшли бозон Хіггса, вчені Великого адронного колайдера націлилися на ще більш невловиму мету.
Навколо нас існує темна матерія і темна енергія - невидимі речовини, які пов'язують галактику разом, але які ніхто і ніколи не зміг виявити. «Ми точно знаємо, що є темний світ, і в ньому більше енергії, ніж у нашому», - сказав Ліан Тао Ван, професор фізики Чиказького університету, який вивчає, як знаходити таємничі сигнали в прискорювачах частинок, таких як БАК.
Тао Ван разом з іншими вченими вважають, що вони можуть виявити таємничу темну частинку; у статті, опублікованій у Physical Review Letters, вони виклали інноваційний метод дослідження темної матерії в БАК, використовуючи трохи повільнішу швидкість потенційної частинки.
У той час як темний світ становить понад 95 відсотків всесвіту, вчені знають, що він існує тільки завдяки його ефектам. Наприклад, ми знаємо, що є темна матерія, тому що ми можемо бачити діючу гравітацію - вона допомагає утримати нашу галактику від розриву.
Сьогодні теоретики вважають, що є один особливий вид темної частинки, яка лише зрідка взаємодіє зі звичайною матерією. Вона буде важче, ніж інші відомі частинки, з часом життя до однієї десятої секунди. Дослідники вважають, що кілька разів за десятиліття ця частинка може потрапити в пастку від зіткнення протонів, які БАК постійно створює і вимірює.
«Одна особливо цікава можливість полягає в тому, що ці довгоживучі темні частинки якимось чином пов'язані з бозоном Хіггса - що Хіггс насправді є порталом до почесного темного світу», - сказав Тао Ван. «Можливо, що Хіггс дійсно може розпастися на ці довгоживучі частинки».
Єдина проблема полягає в тому, щоб відокремити ці події від усіх інших; в 27-кілометровому кільці БАКу відбувається більше мільярда зіткнень в секунду, і кожне з них посилає субатомні викиди у всіх напрямках.
Дослідники запропонували новий спосіб пошуку, використовуючи один конкретний аспект такої темної частинки. «Якщо вона настільки важка, її виробництво вимагає витрат енергії, тому її імпульс не буде більшим - вона буде рухатися повільніше, ніж швидкість світла».
Ця тимчасова затримка відрізняє її від усіх інших нормальних частинок. Вченим потрібно тільки налаштувати систему, щоб знайти частинки, які утворюються, а потім розпадатися трохи повільніше, ніж всі інші.
Різниця становить близько наносекунди - мільярдної частки секунди або менше. Але у БАКа вже є досить складні детектори, щоб вловити цю різницю. Недавнє дослідження з використанням даних, зібраних з останнього запуску, показало, що метод повинен працювати, плюс детектори стануть ще більш чутливими в рамках проведеного в даний час оновлення.
За словами вчених, експериментатори вже працюють над створенням нової пастки. Коли БАК знову включиться в 2021 році, після збільшення його чутливості в 10 разів, всі три основних детектора будуть впроваджені в нову систему. Фізики вважають, що є великий потенціал для відкриття.
«Якщо темна частинка є, ми просто повинні знайти спосіб її виявити», - сказав Ван. «Зазвичай головне - це знайти правильне питання, яке потрібно поставити».