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如何用大型强子对撞机寻找暗物质?科学家称挑战很大

假如找不到暗物质,能够试试先寻觅暗彼此作用

假如找不到暗物质,能够试试先寻觅暗彼此作用

   北京时刻10月30日音讯,世界学家或许着迷于暗物质“能做什么”,而粒子物理学家则更关怀暗物质“是什么”。对粒子物理学家来说,暗物质应该是一种粒子,虽然仍然找不到任何有关它的数据。曩昔几十年来,咱们关于这种粒子终究是什么有一个诱人的猜测,即这是一类新的超对称粒子中最轻的一种粒子。超对称是粒子和力的规范模型的延伸,很好地处理了希格斯玻色子的质量,以及力的性质和暗物质粒子特性等悬而未决的问题。事实上,超对称预言了许多的新粒子——咱们已知的每种粒子都有其相对应的超对称粒子。虽然这些新粒子中或许有一种组成了暗物质,但关于许多粒子物理学家来说,这或许仅仅一个令人高兴的意外成果。不过,在对大型强子对撞机第一次和第2次运转的数据剖析之后,物理学家并未发现超对称粒子——事实上除了希格斯玻色子之外没有任何新的粒子。因而,在持续寻觅超对称粒子的一起,粒子物理学家也在测验从头的视点看待世界学家所了解的暗物质。

  事实上,有些人以为,LHC和未来的对撞机的首要方针之一就是创造和研讨暗物质。要完成这一方针,就有必要有一种能够使可见世界和暗物质世界彼此沟通的办法。换句话说,咱们所磕碰的粒子有必要能够经过根本彼此作用与假定存在的暗物质粒子彼此作用。力需求带着的前言,或称玻色子。电磁力以光子为前言,弱核力的前言粒子则是W和Z玻色子。暗物质与惯例物质的彼此作用应该没什么不同,其发作或许是经过交流“暗玻色子”。

规范模型中的每种粒子或许都有对应的超对称粒子,但寻觅这些看不见的粒子明显比物理学家原先估计的愈加困难。

  规范模型中的每种粒子或许都有对应的超对称粒子,但寻觅这些看不见的粒子明显比物理学家原先估计的愈加困难。

  即便咱们的探测器没有注意到暗玻色子自身,咱们也有期望经过它们与一些细小的可观测粒子的彼此作用来发现它们——假如它们不是彻底“漆黑”的话。考虑到这些彼此作用极端弱小,大型强子对撞机或许现已发生了暗物质粒子,仅仅咱们还无法发现它们。

  两个质子在大型强子对撞机里磕碰时或许现已发生了暗玻色子,而暗玻色子或许会衰变为暗物质粒子,这一进程躲过了探测器,不留下半点痕迹。可是,经过算计一切观察到的粒子,并找出动量的不平衡——意味着有什么东西消失了——或许就能推导出暗物质粒子的存在。另一种办法是,暗玻色子或许会衰变为一般粒子,比方夸克,从而在咱们的数据中留下明晰的方式。咱们能够对看不见的玻色子进行相同的粒子剖析。这正是LHC探测器被规划出来所要承当的作业,在磕碰数据中,物理学家将持续搜索暗物质粒子的信号。

  不过,假如以这种办法来搜索暗玻色子,咱们就相当于做了一个或许不成立的假定:暗玻色子会在立刻间衰变。假如实际并非如此呢?暗世界,暗物质,之所以是“暗”的,肯定是有着某种藏匿于惯例世界的办法。这会导致暗玻色子在分化为一般物质之前,具有很时刻短但可丈量的存在时刻。这种分化的残留或许不会在试验中两个质子磕碰的方位呈现,而是移动到了必定的间隔之外。

  大型强子对撞机的规划意图是寻觅彼此作用点的新粒子。长寿命粒子的轨道追寻十分复杂,遭到多个要素的影响。它们或许由更少的丈量数据组成,丈量点的衔接更难;它们或许会遵从非典型的几许途径,进一步阻碍咱们的方式识别算法;它们所发生的信号或许还会比惯例算法估计的推延许多。

  不过,这正是物理学家所寻求的那种应战。经过旧技巧的从头运用并创造全新的办法,物理学家改进了算法,使其对这些非典型粒子方式愈加活络。俄亥俄州立大学的物理学教授安东尼奥·博维亚和克里斯托弗·S·希尔以为,咱们现在能够探测到衰变至间隔来源点数米以外的暗玻色子,这现已涵盖了大多数或许的状况。乃至暗玻色子衰变为何种物质都没联系,只需一般物质的粒子终究是以残留物的方式存在。

  到现在为止,物理学家在LHC的第一次低能量运转数据中还没有任何发现,但他们仍然在尽力剖析第2次较高能量的运转数据。加上此前用于寻觅超对称粒子的技能,咱们现在有很好的发现暗物质或/和暗彼此作用的时机。考虑到LHC现在只释放了终究总数据量的1%,使用LHC来搜索暗物质粒子的探究才刚刚开始。

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