Чи можемо ми створити темну матерію

Темна матерія — один із теоретичних компонентів Всесвіту.

85% речовини нашого Всесвіту - це загадка.
Ми не знаємо, з чого вона складається.
Тому називаємо її темною матерією.
Але, ми знаємо, що вона існує, тому що можемо спостерігати її гравітаційний вплив на галактики та інші небесні тіла.
Ми поки не спостерігали темну матерію безпосередньо, але вчені вважають, що ми можемо створити її в найпотужнішому прискорювачі і зіштовхувачі частинок - 27-кілометровому Великому адронному колайдері, або ВАК, який розташовано поблизу Женеви.
То як це можна зробити?
У ВАК два пучки протонів рухаються в протилежних напрямках і прискорюються майже до швидкості світла.
У чотирьох точках зіткнення пучки перетинаються і протони зіштовхуються один з одним.
Протони складаються з набагато менших частинок - кварків і глюонів.
При більшості звичайних зіткнень два протони проходять один крізь одного без жодних значних наслідків.
Однак, приблизно в одному зіткненні на мільйон два компоненти так сильно ударяються один в одного, що більші частина енергії зіткнення вивільняється, породжуючи тисячі нових частинок.
Лише при таких зіткненнях можуть утворюватися дуже сильні частинки, такі як частинки темної матерії.
Місця зіткнень оточені детекторами, що містять близько 100 мільйонів давачів.
Як величезні тривимірні камери, вони збирають інформацію про ці нові частинки, визначають їхні траєкторії, електричні заряди та енергії.
Після обробки інформації комп’ютери можуть візуалізувати результати зіткнень.
Кожна лінія - це шлях різних частинок.
І різні види частинок позначені різними кольорами.
Дані, отримані детекторами, дозволяють вченим ідентифікувати кожну з цих частинок - чи то був фотон, чи електрон.
Сьогодні детектори здатні реєструвати близько мільярда таких зіткнень щосекунди, щоб виявити ознаки існування надзвичайно рідкісних масивних частинок.
Завдання ускладнюється тим, що частинки, які ми шукаємо, можуть бути не стабільними і розпадатися на більш звичні частинки ще до потрапляння в давач.
Візьмемо, наприклад, бозон Хіггса, існування якого було давно передбачено, але його не вдавалося спостерігати аж до 2012 року.
Ймовірність зіткнення, при якому утворюється бозон Хіггса становить один на 10 мільярдів, і сам бозон існує всього лише малу частку секунди, після чого розпадається.
Але вчені розробили такі теоретичні моделі, які передбачають, що саме потрібно шукати.
Для бозона Хіггса було відомо, що він розпадається на два фотони.
Тому вчені, насамперед, досліджували високоенергетичні події з двома фотонами.
Однак, тут є проблема.
Існує величезна кількість взаємодіючих частинок, при яких можуть утворюватися два випадкових фотони.
Як же виокремити бозон Хіггса з-поміж інших подій?
Відповіддю на це запитання є маса.
Інформація, зібрана детекторами, дозволяє вченим повернутися на крок назад і визначити масу тієї частинки, з якої утворились ці два фотони.
Вони поміщають значення маси на графіку, а потім повторюють процес для всіх подій з двома фотонами.
Переважна більшість цих подій - це випадкові спостереження фотонів, які вчені називають фоновими подіями.
Коли бозон Хіггса утворюється і розпадається на два фотони, його маса завжди виходить одна і та ж.
Таким чином, характерною ознакою бозона Хіггса може бути невеликий виступ на графіку фонових спостережень.
Потрібні будуть мільярди таких спостережень, перш ніж виступ стане помітним.
І це лиш тоді вважатиметься значущим результатом, якщо виступ буде набагато вищим за фон.
У випадку бозона Хіггса, вчені ВАК оголосили про епохальне відкриття лише тоді, коли ймовірність складала лише три на мільйон, що цей виступ міг бути статистичною випадковістю.
Повернімося до темної матерії.
Якщо протонні пучки ВАК мають достатньо енергії, щоб її створити, то це, напевно, ще рідкісніша подія, ніж бозон Хіггса.
Знадобляться квадрильйони зіткнень, що відповідають теоретичним моделям, аби лиш почати вивчення.
І це те, що раз робить Великий адронний колайдер.
Генеруючи величезні масиви даних, ми сподіваємося знайти крихітні виступи у графіках, які свідчитимуть про існування ще невідомих частинок, які можуть бути темною матерією.
Або, можливо, те, що знайдемо буде не темною матерією, а чимось іншим, що змінить наше розуміння того, як влаштований всесвіт.
І це лиш частина задоволення на цьому етапі, оскільки ми і гадки не маємо, що збираємось знайти.

Автор: Цікава наука
ОСТАННІ КОМЕНТАРІ