יכול להיות שקיים 'סליפטונים' סופר-סימטריים. אבל הם יצטרכו להיות ענקיים.

פיצוץ האטומים הגדול בעולם עשוי לאבד את החומר האפל שלו. אבל הפיזיקאים מקבלים תמונה ברורה יותר של איך נראה חומר חשוך אבוד - אם הוא קיים.

ATLAS, הגלאי של חלקיקים גדולים מאוד ב- Large Hadron Collider (LHC) מבוסס בז'נבה, ידוע בעיקר בזכות גילו את בוסון היגס עוד בשנת 2012. כעת המשיך לחפש חלקיקים אקזוטיים עוד יותר - כולל תיאטרון "סופר-סימטרי". "חלקיקים, או חלקיקים שותפים לכל החלקיקים הידועים ביקום.

אם העל-סימטריה היא אמיתית, חלק מאותם חלקיקים יכולים להסביר את החומר האפל הבלתי נראה שנפרש על פני היקום שלנו. כעת, צמד תוצאות שהוצגו בכנס הממוקד ב- ATLAS בחודש מרץ הציע את התיאור המדויק ביותר עדיין כיצד יראו אותם חלקיקים היפותטיים.

עניין בלתי נראה

בואו ונגבה.

חומר אפל הוא החומר הבלתי נראה שעשוי להרכיב את מרבית היקום. ישנן מספר סיבות לחשוד שהוא קיים, אף על פי שאיש אינו יכול לראות זאת. אבל הנה המובן מאליו: גלקסיות קיימות.

כשהם מסתכלים סביב היקום שלנו, החוקרים יכולים לראות כי גלקסיות לא נראות מסיביות מספיק בכדי לקשור את עצמן יחד עם כוח הכובד של הכוכבים הגלויים שלהן וחומר רגיל אחר. אם החומר שיכולנו לראות היה כל מה שיש, הגלקסיות הללו היו מתפרקות. מה שמרמז על כך שחומר אפל בלתי נראה הוא מקובץ בגלקסיות ומחזיק אותם יחד עם כוח המשיכה שלו.

אבל אף אחד מהחלקיקים הידועים לא יכול להסביר את הרשת הקוסמית של הגלקסיות. אז רוב הפיזיקאים מניחים שיש שם משהו אחר, חלקיק כלשהו (או חלקיקים) שמעולם לא ראינו, שמרכיב את כל החומר האפל הזה.

פיסיקאים ניסויים בנו גלאים רבים כדי לצוד אותם.

ניסויים אלה עובדים בדרכים שונות, אך במהותם רבים מסתכמים בהכנת נתח גדול של דברים בחדר חשוך מאוד וצפייה בזהירות רבה. בסופו של דבר, כך עולה מהתיאוריה, חלקיק כלשהו של חומר אפל יתקע בגוש החומר הגדול ויגרום לו לנצנץ. ובהתאם לאופי החומר והנוצץ, פיזיקאים ילמדו איך נראה חלקיק החומר האפל.

ATLAS נוקטת בגישה הפוכה, ומחפשת חלקיקי חומר אפל באחד המקומות המוארים ביותר בכדור הארץ. ה- LHC היא מכונה גדולה מאוד המנפצת חלקיקים יחד במהירות גבוהה במיוחד. בתוך מיילים הצינורות שלו הוא מעין פיצוץ מתמשך של חלקיקים חדשים שנוצרו בהתנגשויות אלה. כאשר ATLAS גילה את בוזון היגס, מה שהוא ראה היה חבורה של בוזוני היגס שנוצרו למעשה על ידי ה- LHC.

יש תיאורטיקנים שחושבים ש- LHC עשוי גם ליצור סוגים ספציפיים של חלקיקי חומר אפל: שותפים על-סימטריים של חלקיקים ידועים. המילה "סופר-סימטריה" מתייחסת לתיאוריה שרבים מהחלקיקים הידועים בפיזיקה לא גילו "בני זוג" שקשה הרבה יותר לאתר אותם. תיאוריה זו לא הוכחה, אך אם היא הייתה נכונה היא הייתה מפשטת הרבה מהמשוואות המבולגנות השולטות כיום בפיזיקת החלקיקים.

יתכן גם שחלקיקים על-סימטריים עם התכונות הנכונות יכולים להסביר חלק או כל החומר האפל החסר ביקום. ואם הם מיוצרים ב- LHC, ATLAS אמור להיות מסוגל להוכיח זאת.

המצוד אחר חלקיקים על-סימטריים

אבל יש בעיה. הפיזיקאים משוכנעים יותר ויותר שאם החלקים העל-סימטריים מיוצרים ב LHC, הם עפים מהגלאי לפני שהם מתרקבים. זו בעיה, כפי שדיווחה בעבר Live Science, כי ATLAS לא מגלה ישירות חלקיקים סופר-סימטריים אקזוטיים, אבל במקום זאת רואה את החלקיקים השכיחים יותר שחלקיקים העל-סימטריים הופכים אליהם לאחר שהם מתפרקים ... אם חלקיקים סופר-סימטריים יורים מחוץ ל- LHC לפני שהם מתרקבים, עם זאת, אז ATLAS לא יכולה לראות את החתימה ההיא. אז החוקרים הצליחו למצוא אלטרנטיבה יצירתית: ציד, תוך שימוש בסטטיסטיקה ממיליוני התנגשויות חלקיקים ב- LHC, לצורך עדות לכך שמשהו אחר חסר.

החוקרים הצהירו כי "ניתן להסיק את נוכחותם רק באמצעות גודל המומנטום החוצה של ההתנגשות.

עם זאת, מדידה מדויקת של המומנטום החסר היא משימה קשה.

החוקרים אמרו כי "בסביבה הצפופה של התנגשויות רבות חופפות שנוצרו על ידי ה- LHC, זה יכול להיות קשה להפריד בין מומנטום לבין מזויף".

עד כה, הציד הזה לא צמח דבר. אבל זה מידע שימושי. בכל פעם שניסוי של חומר אפל מסוים נכשל, הוא מספק לחוקרים מידע על איך נראה חומר אפל. פיזיקאים מכנים תהליך הצמצום זה "מגביל" חומר אפל.

שתי תוצאות מרץ אלה, המבוססות על אותו ציד סטטיסטי אחר תנופה חסרה, מראות שאם קיימים מועמדים מסוימים של חומר אפל סופר-סימטרי (המכונים חרג'ינוס, סליפטונים וקווארקים תחתונים על-סימטריים), הם חייבים להיות בעלי מאפיינים מסוימים ש- ATLAS טרם פסל.

אם הדגמים הנוכחיים של סופר-סימטריה נכונים, זוג charginos חייב להיות לפחות 447 ממסה של פרוטון, וזוג sleptons חייב להיות לפחות פי 746 מהמסה של פרוטון.

באופן דומה, על סמך דגמים קיימים, הקווארק התחתון העל-סימטרי יצטרך להיות לפחות פי 1,545 ממסת הפרוטון.

ATLAS כבר סיימה לצוד אחר שארג'ינו, קלטונים וקווארקים תחתונים קלים יותר. והחוקרים אמרו שהם בטוחים ב -95% שהם אינם קיימים.

במובנים מסוימים נראה כי המצוד אחר חומר אפל מניב ללא הפסקה ממצאים בטלים, מה שעלול להיות מאכזב. אך הפיזיקאים הללו נותרו אופטימיים.

תוצאות אלה, אמרו בהצהרה, "מציבות אילוצים חזקים על תרחישים על-סימטריים חשובים, אשר ינחו חיפושים עתידיים ב- ATLAS."

כתוצאה מכך, ל- ATLAS יש עכשיו שיטה חדשה לציד של חומר אפל וסימטריות-על. פשוט לא קרה שעדיין לא מצא שום חומר אפל או סופר-סימטריה.