ATLAS зондирует темную материю с помощью бозона Хиггса
Ученые CERN на Большом адронном коллайдере пытаются разглядеть преобразование бозона Хиггса на темную материю.
Бозон Хиггса играет решающую роль в поиске темной материи на Большом адронном коллайдере (БАК), отмечают в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) в своем пресс-релизе.
Физики по сотрудничеству ATLAS на Большом адронном коллайдере CERN искали частицы темной материи, выискивая преобразования бозона Хиггса на частицы, которые не могут быть непосредственно обнаружены экспериментом ATLAS («невидимых частиц»). Наличие таких частиц в остатках столкновений создавало бы энергетический дисбаланс с видимыми частицами, который можно измерить. Ученые просеяли полный набор данных из «Запуска 2» ВАК (2015-2018) из около десяти миллионов миллиардов (10 в 16 степени) столкновений протон-протон, ища события, в которых бозон Хиггса производился с помощью специфического, хорошо идентифицированного процесса (известного как векторно-бозонный синтез), а затем превращался в необнаруженые частицы.
Данные не показывают избыток таких характерных событий на фоне ожидаемого. ATLAS с 95% уровнем уверенности сделал вывод, что более 13% бозонов Хиггса, производимых на БАК, могут трансформироваться в невидимые частицы. Эти выводы накладывают жесткие пределы преобразований Хиггса на такие невидимые частицы.
Темная материя, которая составляет около 85% массы Вселенной, наблюдается лишь косвенно, путем гравитационных эффектов. Никаких частиц этого вещества в лабораториях не наблюдалось. Кроме того, даже если они образуются при столкновении на БАК, физики ожидают, что частицы темной материи будут избегать взаимодействия с гигантскими детекторами, расположенными в точках соприкосновения (будут «невидимыми» для детектора), с результатом «отсутствие энергии» при столкновении обломков.
Однако, темная материя имеет массу, и учитывая отношение бозона Хиггса к массе, физики предположили, что частицы темной материи могут взаимодействовать с ним: бозон Хиггса мог бы превратиться (или «распасться») на частицы темной материи вскоре после образования при столкновениях на БАК. События столкновения, при которых Хиггс производится через векторно-бозонный синтез, содержат дополнительные конические струи частиц, направленные в направлении передних областей ATLAS, близко к лучевой трубе БАК. В то же время, отсутствующая энергия, получаемая от отдельных частиц, была бы ориентирована на вертикальную плоскость, перпендикулярно лучевой трубе. Сочетание этих двух характеристик дает ученым уникальную сигнатуру в поисках темной материи.
Хотя никакого преувеличения не наблюдалось, при поиске были получены важные ограничения по темной материи с низкой массой, которые дополняют прямые поиски темной материи, совершаемые на других объектах. Также, это было важной демонстрацией новых методик, применяемых учеными в исследованиях на БАК. Обнаруженный в 2012 году бозон Хиггса быстро превратился в бесценное средство поиска признаков физики вне Стандартной модели физики частиц.
Напомним, в недавнем исследовании ученые предложили использовать конденсат Бозе-Эйнштейна для поиска гипотетических акисонов, из которых может состоять темная материя.
За открытие бозона Хиггса, который еще называют «божьей частицей», была присуждена Нобелевская премия.
Эксперимент ATLAS предназначен для того, чтобы воспользоваться энергией, которая доступна на БАК, и наблюдать явления, связанные с сверхтяжелыми частицами, которые нельзя было исследовать на ранее построенных ускорителях с более низкой энергией.