Der größte Atomzerstörer der Welt könnte seine dunkle Materie verlieren. Aber die Physiker bekommen ein klareres Bild davon, wie diese verlorene dunkle Materie aussehen könnte - wenn sie überhaupt existiert.
ATLAS, der Detektor sehr großer Partikel am Large Hadron Collider (LHC) in Genf, ist bekannt dafür, dass er 2012 das Higgs-Boson entdeckt hat. Jetzt ist es auf der Suche nach noch exotischeren Partikeln - einschließlich theoretischer "supersymmetrischer" "Teilchen oder Partnerteilchen aller bekannten Teilchen im Universum.
Wenn Supersymmetrie real ist, könnten einige dieser Teilchen die unsichtbare dunkle Materie erklären, die sich in unserem Universum ausbreitet. Ein paar Ergebnisse, die auf einer ATLAS-Konferenz im März vorgestellt wurden, bieten nun die bisher genaueste Beschreibung, wie diese hypothetischen Partikel aussehen müssten.
Unsichtbare Materie
Lassen Sie uns zurück.
Dunkle Materie ist das unsichtbare Zeug, das den größten Teil des Universums ausmachen kann. Es gibt eine Reihe von Gründen zu vermuten, dass es existiert, obwohl niemand es sehen kann. Aber hier ist das offensichtlichste: Galaxien existieren.
Wenn wir uns in unserem Universum umschauen, können Forscher feststellen, dass Galaxien nicht massiv genug scheinen, um sich mit der Schwerkraft ihrer sichtbaren Sterne und anderer gewöhnlicher Materie zu verbinden. Wenn das Zeug, das wir sehen könnten, alles wäre, was es gibt, würden diese Galaxien auseinander driften. Dies deutet darauf hin, dass sich unsichtbare dunkle Materie in Galaxien sammelt und sie mit ihrer Schwerkraft zusammenhält.
Aber keines der bekannten Teilchen kann das kosmische Netz der Galaxien erklären. Die meisten Physiker gehen also davon aus, dass es da draußen noch etwas anderes gibt, eine Art Teilchen (oder Teilchen), das wir noch nie gesehen haben und das die ganze dunkle Materie ausmacht.
Experimentalphysiker haben viele Detektoren gebaut, um sie zu jagen.
Diese Experimente funktionieren auf unterschiedliche Weise, aber im Wesentlichen laufen viele darauf hinaus, ein großes Stück Zeug in einen sehr dunklen Raum zu legen und es sehr genau zu beobachten. Schließlich, so die Theorie, wird ein Teilchen dunkler Materie in das große Stück Material schlagen und es zum Glitzern bringen. Und je nach Art des Materials und dem Glitzern lernen die Physiker, wie das Teilchen der dunklen Materie aussah.
ATLAS verfolgt den umgekehrten Ansatz und sucht an einem der hellsten Orte der Erde nach Partikeln der Dunklen Materie. Der LHC ist eine sehr große Maschine, die Partikel mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten zerschmettert. In seinen kilometerlangen Röhren befindet sich eine Art andauernde Explosion neuer Partikel, die sich bei diesen Kollisionen bilden. Als ATLAS das Higgs-Boson entdeckte, sah es eine Reihe von Higgs-Bosonen, die tatsächlich vom LHC erstellt wurden.
Einige Theoretiker glauben, dass der LHC auch bestimmte Arten von Partikeln der dunklen Materie erzeugen könnte: supersymmetrische Partner bekannter Partikel. Das Wort "Supersymmetrie" bezieht sich auf eine Theorie, dass viele der bekannten Teilchen in der Physik unentdeckte "Partner" haben, die viel schwerer zu erkennen sind. Diese Theorie wurde nicht bewiesen, aber wenn sie wahr wäre, würde sie viele der chaotischen Gleichungen vereinfachen, die derzeit die Teilchenphysik regeln.
Es ist auch möglich, dass supersymmetrische Teilchen mit den richtigen Eigenschaften einen Teil oder die gesamte fehlende dunkle Materie im Universum erklären. Und wenn sie am LHC hergestellt werden, sollte ATLAS dies beweisen können.
Die Jagd nach supersymmetrischen Partikeln
Aber es gibt ein Problem. Physiker sind zunehmend davon überzeugt, dass diese supersymmetrischen Teilchen, wenn sie am LHC hergestellt werden, vor dem Zerfall aus dem Detektor fliegen. Dies ist ein Problem, wie Live Science bereits berichtet hat, da ATLAS exotische supersymmetrische Partikel nicht direkt erkennt, sondern die häufigeren Partikel sieht, in die sich supersymmetrische Partikel nach ihrem Zerfall verwandeln. Wenn supersymmetrische Partikel vor dem Zerfall aus dem LHC schießen, Dann kann ATLAS diese Signatur jedoch nicht sehen. Daher haben seine Forscher eine kreative Alternative gefunden: Die Jagd basiert auf Statistiken von Millionen von Partikelkollisionen im LHC, um Beweise dafür zu finden, dass etwas anderes fehlt.
"Ihre Anwesenheit kann nur durch die Größe des fehlenden Transversalimpulses der Kollision abgeleitet werden", sagten die Forscher in einer Erklärung.
Die genaue Messung des fehlenden Impulses ist jedoch eine schwierige Aufgabe.
"In der dichten Umgebung zahlreicher überlappender Kollisionen, die vom LHC erzeugt werden, kann es schwierig sein, echte von gefälschten Impulsen zu trennen, sagten die Forscher ...
Bisher hat diese Jagd nichts ergeben. Aber das sind nützliche Informationen. Wenn ein bestimmtes Experiment mit dunkler Materie fehlschlägt, erhalten Forscher Informationen darüber, wie dunkle Materie nicht aussieht. Physiker bezeichnen diesen Eingrenzungsprozess als "Einschränkung" der Dunklen Materie.
Diese beiden März-Ergebnisse, die auf dieser statistischen Suche nach fehlendem Impuls basieren, zeigen, dass bestimmte supersymmetrische Kandidaten für dunkle Materie (Charginos, Sleptons und supersymmetrische Bodenquarks genannt) bestimmte Eigenschaften aufweisen müssen, die ATLAS noch nicht ausgeschlossen hat.
Wenn aktuelle Modelle der Supersymmetrie korrekt sind, muss ein Paar Charginos mindestens das 447-fache der Masse eines Protons und ein Paar Sleptons mindestens das 746-fache der Masse eines Protons betragen.
In ähnlicher Weise müsste der supersymmetrische Bodenquark nach aktuellen Modellen mindestens das 1,545-fache der Masse eines Protons betragen.
ATLAS hat die Jagd nach leichteren Charginos, Sleptons und Bottom Quarks bereits beendet. Und die Forscher sagten, sie seien zu 95% zuversichtlich, dass sie nicht existieren.
In mancher Hinsicht scheint die Jagd nach dunkler Materie ständig zu Nullbefunden zu führen, was enttäuschend sein kann. Diese Physiker bleiben jedoch optimistisch.
Diese Ergebnisse, so hieß es in einer Erklärung, "stellen wichtige supersymmetrische Szenarien stark in Frage, die künftige ATLAS-Suchen leiten werden."
Infolgedessen verfügt ATLAS jetzt über eine neue Methode zur Jagd auf dunkle Materie und Supersymmetrie. Es ist einfach noch keine dunkle Materie oder Supersymmetrie gefunden worden.
