Oamenii de știință ar putea avea o nouă modalitate de a privi „lumea întunecată” a fizicii.
Într-o nouă lucrare, fizicienii teoretici spun că au un nou plan de căutare a particulelor teoretice care până acum nu au fost niciodată observate. Aceste particule, numite particule cu durată lungă de viață sau LLP-uri, ar putea fi o fereastră către materia întunecată și energia întunecată, care alcătuiesc împreună 95% din univers. Materia întunecată exercită o atracție gravitațională asupra materiei obișnuite și se consideră că energia întunecată determină accelerarea expansiunii universului. Dar niciuna dintre ele nu poate fi observată direct, deoarece interacțiunile pe care le au cu materia luminoasă a universului sunt slabe, a spus Zhen Liu, un cercetător postdoctoral la Universitatea din Maryland.
„Nu vorbesc cu noi”, a spus Liu, unul dintre cercetătorii care lucrează la noul plan, la Science Science.
Dar LLP-urile ar putea oferi o modalitate ca acea lume întunecată să comunice cu cea mai ușoară. Și Liu și colegii săi cred că, prin modificarea unora dintre detectoarele din cel mai mare distrugător cu atomi din lume, Marele Colizor de Hadron (LHC) din apropierea Geneva, Elveția, fizicienii ar putea să le găsească.
Lumile paralele
„Lumea întunecată”, cunoscută și sub denumirea de „sectorul ascuns”, descrie un set de particule ipotetice care ar depăși modelul standard al fizicii. (Modelul standard explică protonii, neutronii, electronii și toate particulele subatomice ciudate care merg împreună cu ei, cum ar fi quarkuri, muoni, neutrini și bosonul Higgs.)
Dacă toată materia „normală” se află într-o singură vale, lumea întunecată se află într-o vale paralelă cu o creastă, a spus Liu. Este nevoie de o cantitate extraordinară de energie pentru a urca pe creasta respectivă, astfel încât particulele din valea lumii întunecate interacționează puternic unele cu altele, dar doar ușor cu cele din cealaltă parte a muntelui. Dar unele particule ar putea să treacă prin acea barieră energetică din lumea întunecată în cea pe care o întâlnim în mod normal printr-un proces numit tunel cuantic. Aceste particule probabil nu ar fi echivalenții de materie întunecată a particulelor stabile precum protonii sau neutronii, a spus Liu, dar poate ar fi mai asemănător cu particulele modelului standard mai instabile.
Sunt acele particule de tunel pe care cercetătorii sunt interesați să le găsească. Dar aceste particule, dacă există, sunt rare, a spus Liantao Wang, un fizician teoretic la Universitatea din Chicago. LHC flotează protonii unul pe celălalt într-un ritm amețitor, producând 1 miliard de coliziuni pe secundă. Aceste coliziuni spulberă protonii într-un număr masiv de particule cunoscute, cu model standard. Pentru oamenii de știință care caută sectorul ascuns, toate aceste particule sunt doar zgomot. Particulele de care sunt interesați, a spus Wang, ar putea apărea doar de câteva ori pe un deceniu.
O nouă cale
Wang, împreună cu Liu și colegul lor, Jia Liu, sunt autorii noii lucrări, publicată pe 3 aprilie în revista Physical Review Letters, sugerând o modalitate de a surprinde aceste particule rare.
Totul se reduce la sincronizare. Wang LLPs, a spus Wang, ar trebui să fie masive și pline de lemn în comparație cu particulele de model standard pe care LHC le creează în vrac. Lentitudinea lor este din cauza obstacolului energetic mare pe care trebuie să-l depășească doar pentru a face impresie asupra lumii materiei normale, a spus Liu. Dar ritmul melcului lor este, de asemenea, o caracteristică utilă pentru fizicieni. Majoritatea particulelor elementare din LHC circulă cu viteza luminii și se descompun rapid. Bosonul Higgs, de exemplu, este trecut în doar 10 la minus 22 de secunde, transformându-se într-un set de particule mai stabile.
Totuși, LLP-urile ar trebui să trăiască lent - până la o zecime de secundă, a spus Wang. De asemenea, călătoresc mai lent decât viteza luminii. Prin urmare, ajustarea detectoarelor LHC pentru a căuta particule care ajung cu întârziere la senzorii lor ar trebui să fie cheia pentru detectarea acestora.
"Este o idee foarte simplă", a spus Wang, "dar se dovedește a fi surprinzător de eficient."
Unele dintre aceste ajustări vor veni în mod natural odată cu actualizările LHC, care sunt în desfășurare acum, a spus Liu. Colizorul de particule se va deschide din nou în 2021, cu detectoare care vor putea măsura sincronizarea sosirii unei particule de 10 ori mai exact decât poate în prezent, a spus el. De acolo, a spus el, este doar o chestiune de câteva modificări software pentru a profita de capacitățile LHC și pentru a se asigura că fizicienii experimentali care folosesc colizorul au prioritate căutării. Acum, au spus Wang și Liu, ei și colegii lor experimentali au o serie de întâlniri pentru a se asigura că toți sunt pe aceeași pagină.
"Se va întâmpla", a spus Liu.
