Физики на протяжении многих лет безуспешно ищут частицы темной материи, используя ускорители частиц и другие экспериментальные установки. Теперь ученые, по всей видимости, разработали подход, который может помочь им в этом сложном поиске.
При возобновлении работы Большого адронного коллайдера (БАК) в 2021 году и начале столкновений частиц, существует возможность обнаружения темной материи.
На протяжении многих лет исследователи стремились зафиксировать невидимые компоненты, формирующие основную массу вещества во Вселенной. В настоящее время у ученых появилась новая задача в этих поисках: речь идет об относительно тяжелой и стабильной частице, которую можно создать в ходе высокоэнергетических столкновений на Большом адронном коллайдере. По мнению некоторых физиков, эта частица периодически взаимодействует с темной материей. Подтверждение этих предположений позволит ученым определить перспективные направления в поисках таинственного вещества.
В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, описывается, как системы, которые уже были установлены на БАК, могут зарегистрировать эти долгоживущие частицы — их прозвали так из-за того, что движутся они медленнее, а существуют дольше, чем другие частицы, получаемые в экспериментах на коллайдере.
В пресс-релизе Чикагского университета подчеркивается, что все эти процессы протекают за доли наносекунды. Кроме того, там указывается, что подобный результат уже достигался зарегистрировать на БАК, а после обновлений будет сделать еще проще.
Основная сложность заключается в идентификации моментов возникновения этих частиц на фоне других явлений. В ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере длиной 27 километров происходит более миллиарда столкновений в секунду, каждое из которых выбрасывает субатомные обломки во всех возможных направлениях.
«По словам Цзя Лю, научного сотрудника Чикагского университета, применение этого метода позволит увеличить чувствительность к долгоживущим частицам как минимум в десять раз, используя существующие возможности Большого адронного коллайдера.
В настоящее время экспериментаторы также занимаются созданием ловушки. После возобновления работы БАК в 2021 году и увеличения его светимости в десять раз, все три основных детектора будут использовать обновленную систему, которая, как надеются ученые, позволит совершить новые открытий.
«Мы просто обязаны найти способ ее обнаружения, если эта частица там, — утверждает Льян Тао Ван, физик из Чикагского университета. — Зачастую, чтобы получить ответ, нужно задать верный вопрос».