Большой адронный коллайдер поймает темную материю
Шведский ученый Кристоффер Петерссон из Технического университета Чалмерса выдвинул теорию, согласно которой бозон Хиггса может распадаться на частицы темной материи. Поиск частиц темной материи уже включен в список экспериментов на Большом адронном коллайдере, который после двухлетнего простоя будет запущен на полную мощь в мае этого года.
Одной из самых больших загадок в современной физике элементарных частиц и космологии остается темная материя, которая, по расчетам ученых, преобладает среди энергии Вселенной, составляя 84,5%. Тем не менее, из-за того, что темная материя не участвует в электромагнитном взаимодействии, астрономы не могут доказать ее существование при помощи современных приборов. К тому же она невидима, что отнюдь не способствует ее исследованию. О том, что темная материя присутствует, свидетельствуют лишь результаты ее функционирования. Например, следы присутствия темной материи астрономы наблюдают при исследовании гравитационных эффектов в скоплениях галактик. Но до сих пор ученые не могут понять в полной мере природу темной материи, а соответственно, процессы формирования и развития Вселенной.
Соответственно, поиск источника темной материи является одним из ключевых направлений современной науки и, вполне возможно, что ключом к разгадке станет как раз открытый недавно бозон Хиггса. В 2012 году Европейская организация по ядерным исследованиям CERN (l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire) объявила об обнаружении этой элементарной частицы. Причем расчеты показали, что обнаруженная на Большом адронном коллайдере частица действительно бозон Хиггса, хотя у многих скептиков до сих пор на этот счет имеются сомнения.
Важность открытия бозона Хиггса определяется тем, что это единственная из еще не найденных частиц в так называемой Стандартной модели, описывающей взаимодействия всех известных частиц во Вселенной. Более того, она играет особую роль, определяя массы всех других частиц, движущихся в хиггсовом поле. Существование бозона Хиггса может объяснить загадку столь различных масс элементарных частиц, начиная от нейтрино и заканчивая топ-кварком и темной материей.
Существует множество теорий, предполагающих существование различных источников темной материи, но все они не доказаны. А вот новая модель, выдвинутая группой ученых, возглавляемая физиком-теоретиком частиц Кристофером Петерсоном из Технологического университета Чалмерса в Швеции, будет экспериментально проверена при перезапуске Большого адронного коллайдера.
"Полноформатный" старт БАК пройдет в мае, но уже во второй половине марта, как ожидается, БАК начнет свою работу по столкновению и расщеплению частиц на более элементарные, меньше атома, частицы. Обновленный ускоритель частиц должен собрать много информации, которая поможет ответить на вопросы о темной материи, антиматерии и других загадочных явлениях Вселенной.
Петерсон, в процессе построения сложных моделей, пришел к выводу, что бозон Хиггса может распадаться на фотоны, частицы света, и частицы невидимой темной материи. Разумеется, проверить эту гипотезу в стенах обычной лаборатории невозможно. Благо, представители Европейской организации по ядерным исследованиям сочли теорию Петерсона чрезвычайно интересной и предоставят ученому возможность провести свои исследования на Большом адронном коллайдере.
Хотя детекторы БАК - ATLAS и CMS, напрямую бозон Хиггса при его обнаружении не зафиксировали, сформировались процессы столкновений частиц, в результате которых появлялись бозоны Хиггса, быстро распадавшиеся на другие частицы, которые детекторы могли бы измерить. Это, например, мюоны - более массивные, чем обычные, электроны. Такие процессы стали свидетельством того, что бозоны Хиггса существуют.
Теперь команда Петерсона предположила, что бозон Хиггса может иметь и другой режим распада, формируя в результате фотоны и темную материю. В мае две независимые экспериментальные установки БАК - ATLAS и CMS, будут искать свойства бозона Хиггса, наличие которых предполагает модель Петерссона.
Именно в это время Большой адронный коллайдер перейдет на полную мощность в 14 ТэВ. Предстоящий после перерыва запуск коллайдера на полную мощность позволит сделать измерения массы бозона Хиггса более точными, а также позволит выявить все его свойства. Кроме того, БАК позволит ученым провести не менее интересные эксперименты по поиску других гипотетических частиц. Так что мир ожидает немало фундаментальных открытий. В частности, в мае ученые планируют также воссоздать космические условия Вселенной, которые существовали в миллиардные доли секунды после Большого Взрыва. Согласно их теории, космос тогда был невероятно горячим, что позволяло материи распадаться на простейшие составляющие. Эти процессы будут детально воспроизведены в БАК, что поможет пролить свет на структуру Вселенной.