Было подсчитано, что темная материя встречается примерно в пять раз чаще, чем обычная материя, и все же мы до сих пор не обнаружили ее непосредственно. Много разных типов экспериментов пытаются найти его, и теперь ЦЕРН присоединился к охоте, проверяя, может ли знаменитый бозон Хиггса распасться в темную материю.
Большой адронный коллайдер (LHC) исследует секреты вселенной, разбивая частицы с невероятной скоростью.
Большой адронный коллайдер (LHC) исследует секреты вселенной, разбивая частицы с невероятной скоростью. При этом часто создаются новые и экзотические типы частиц, что дает ученым мимолетную возможность изучать вещи, которые практически невозможно встретить естественным образом.
Одним из самых революционных открытий, сделанных LHC, является бозон Хиггса открытый в 2012 году. Эта гипотетическая частица была последней оставшейся частью головоломки в Стандартной модели физики элементарных частиц, которая, как считается, создала средства, с помощью которых другие элементарные частицы набирают массу.
С момента своего открытия, ученые использовали бозон Хиггса в качестве инструмента для исследования других загадок физики элементарных частиц. Бозон быстро распадается на другие частицы, и предсказано, что некоторые из них не могут быть непосредственно обнаружены оборудованием.
Но в этом случае необнаружение является более захватывающим, чем было бы обнаружение. Некоторые типы частиц не очень сильно взаимодействуют с обычным веществом, поэтому, если бы Хиггс производил такие частицы, они бы просто уплывали, игнорируя стенки коллайдера. Затем ученые заметят, что энергия не попадает в мусор, и смогут сделать некоторые выводы о «невидимых» частицах.
Только один невидимый продукт распада соответствует Стандартной модели — если Хиггс распадается на четыре нейтрино — но это крайне маловероятно, с вероятностью около 0,1 процента. Это означает, что если необнаружение происходит с какой-либо регулярностью, мы могли бы наткнуться на новые частицы. И одна из этих невидимых частиц может быть темной материей. Говорят, что этот странный материал пронизывает вселенную, эффективно удерживая все это вместе — и все же он остается неуловимым. Его гравитационное влияние очевидно, но, похоже, оно не отражает и не излучает никакого света.
Учитывая роль бозона Хиггса в «придании» частицам массы, а темная материя обнаруживается только через ее массу, бозон и темная материя должны взаимодействовать друг с другом. Поэтому для нового исследования ученые из коллаборации ATLAS в ЦЕРНе решили проверить, может ли бозон Хиггса распадаться на темную материю.
Команда изучила весь набор данных из второго прогона LHC, который проходил в период с 2015 по 2018 год. Это около 100 квадриллионов столкновений, для тех, кто ведет счет. И во всех этих данных исследователи не обнаружили превышения событий невидимых частиц над фоновым числом, которое ожидается от известных процессов в Стандартной модели.
В результате команда смогла сузить верхний предел частоты распада бозона Хиггса на невидимые частицы — не более 13 процентов времени. Это может все еще звучать как много, но это происходит от предыдущих моделей, которые предполагали, что это может случиться так часто, как 30 процентов времени.
Исследователи говорят, что, хотя в этот раз они не обнаружили никаких признаков темной материи, работа все же помогает наложить ограничения на свойства материала. Между этим и многими другими экспериментами, пытающимися выследить его, темной материи может не хватать места, чтобы спрятаться. Или, может быть, мы просто приближаемся к пониманию, что его не существует,
и наши модели должны быть настроены. В любом случае, поиск продолжается.
