قد تفقد أكبر جهاز تحطيم ذرة في العالم مادتها المظلمة. لكن الفيزيائيين يحصلون على صورة أوضح لما قد تبدو عليه المادة المظلمة المفقودة - حتى لو كانت موجودة.
اشتهر ATLAS ، وهو كاشف الجسيمات الكبيرة جدًا في مصادم الهادرون الكبير LHC ومقره جنيف ، باكتشاف بوزون هيجز مرة أخرى في عام 2012. والآن انتقل إلى البحث عن جسيمات أكثر غرابة - بما في ذلك النظرية الفائقة "غير المتناظرة" "الجسيمات ، أو الجسيمات الشريكة لجميع الجسيمات المعروفة في الكون.
إذا كان التناظر الفائق حقيقيًا ، يمكن لبعض تلك الجسيمات أن تفسر المادة المظلمة غير المرئية المنتشرة عبر الكون. الآن ، قدم زوجان من النتائج التي تم تقديمها في مؤتمر يركز على ATLAS في مارس ، الوصف الأكثر دقة حتى الآن لما يجب أن تبدو عليه هذه الجسيمات الافتراضية.
أمر غير مرئي
دعونا نعود.
المادة المظلمة هي الأشياء غير المرئية التي قد تشكل معظم الكون. هناك عدد من الأسباب للاشتباه في وجودها ، على الرغم من أنه لا يمكن لأحد رؤيتها. ولكن هنا أكثرها وضوحًا: المجرات موجودة.
بالنظر حول الكون ، يمكن للباحثين رؤية أن المجرات لا تبدو ضخمة بما يكفي لربط نفسها مع جاذبية نجومها المرئية وغيرها من المواد العادية. إذا كانت الأشياء التي يمكننا رؤيتها كلها موجودة ، فإن تلك المجرات تنحرف عن بعضها. يشير ذلك إلى أن بعض المواد المظلمة غير المرئية متجمعة في المجرات وتماسكها مع جاذبيتها.
لكن لا يمكن لأي من الجسيمات المعروفة أن تفسر الشبكة الكونية للمجرات. لذا يفترض معظم الفيزيائيين أن هناك شيئًا آخر هناك ، نوعًا ما من الجسيمات (أو الجسيمات) لم نرها مطلقًا ، والتي تشكل كل هذه المادة المظلمة.
قام الفيزيائيون التجريبيون ببناء العديد من أجهزة الكشف لمطاردتهم.
تعمل هذه التجارب بطرق مختلفة ، ولكن في جوهرها ، يصل الكثير إلى وضع جزء كبير من الأشياء في غرفة مظلمة للغاية ومشاهدتها بعناية فائقة. في نهاية المطاف ، تقول النظرية ، أن بعض جسيمات المادة المظلمة ستندلع في مجموعة كبيرة من الأشياء وتسببها في لمعان. واعتمادًا على طبيعة الأشياء والتألق ، سيتعلم الفيزيائيون كيف يبدو جسيم المادة المظلمة.
يتخذ ATLAS النهج المعاكس ، حيث يبحث عن جزيئات المادة المظلمة في أحد أكثر الأماكن سطوعًا على الأرض. LHC هي آلة كبيرة جدًا تقوم بتحطيم الجسيمات معًا بسرعات عالية بشكل لا يصدق. داخل الأميال من الأنابيب يوجد نوع من الانفجار المستمر للجسيمات الجديدة التي تشكلت في تلك التصادمات. عندما اكتشف ATLAS بوزون هيجز ، ما رآه هو مجموعة من بوزونات هيجز التي تم إنشاؤها بالفعل من قبل المصادم LHC.
يعتقد بعض المنظرين أن المصادم LHC قد يخلق أيضًا أنواعًا محددة من جسيمات المادة المظلمة: شركاء فائق التناظر للجسيمات المعروفة. تشير كلمة "التناظر الفائق" إلى نظرية مفادها أن العديد من الجسيمات المعروفة في الفيزياء لها "شركاء" غير مكتشفين يصعب اكتشافها. لم يتم إثبات هذه النظرية ، ولكن إذا كانت صحيحة فإنها ستبسط الكثير من المعادلات الفوضوية التي تحكم فيزياء الجسيمات حاليًا.
من الممكن أيضًا أن الجسيمات فائقة التناظر ذات الخصائص الصحيحة يمكن أن تمثل بعض أو كل المادة المظلمة المفقودة في الكون. وإذا تم تصنيعها في LHC ، فيجب أن يكون ATLAS قادرًا على إثبات ذلك.
البحث عن الجسيمات فوق التناظرية
لكن هناك مشكلة. يعتقد الفيزيائيون بشكل متزايد أنه إذا تم تصنيع هذه الجسيمات الفائقة التناظر في المصادم LHC ، فإنهم يحلقون خارج الكاشف قبل التحلل. هذه مشكلة ، كما ذكر Live Science سابقًا ، لأن ATLAS "لا يكتشف مباشرة الجسيمات الفائقة التناظرية الغريبة ، ولكن بدلاً من ذلك يرى الجسيمات الأكثر شيوعًا التي تتحول إليها الجسيمات الفائقة التناظر بعد انحلالها ... إذا كانت الجسيمات فائقة التناظر تطلق من LHC قبل التحلل ، على الرغم من ذلك ، فإن ATLAS لا يمكنه رؤية هذا التوقيع. لذلك توصل باحثوه إلى بديل مبتكر: الصيد ، باستخدام إحصاءات من ملايين اصطدامات الجسيمات في المصادم LHC ، للحصول على دليل على فقدان شيء آخر.
وقال الباحثون في بيان "لا يمكن الاستدلال على وجودهم إلا من خلال حجم الزخم العرضي المفقود من الاصطدام."
بالرغم من ذلك ، يعد قياس الزخم المفقود بدقة مهمة صعبة.
قال الباحثون "في البيئة الكثيفة للعديد من التصادمات المتداخلة الناتجة عن المصادم LHC ، قد يكون من الصعب فصل الزخم الحقيقي عن الزخم".
حتى الآن ، لم يأت هذا البحث بأي شيء. لكن هذه معلومات مفيدة. عندما تفشل تجربة مادة مظلمة معينة ، فإنها توفر للباحثين معلومات حول ما لا تبدو عليه المادة المظلمة. يسمي الفيزيائيون عملية التضييق هذه "المقيدة" للمادة المظلمة.
تظهر هاتان النتيجتان في مارس ، استنادًا إلى هذا البحث الإحصائي عن الزخم المفقود ، أنه في حالة وجود بعض مرشحي المادة المظلمة الفائقة التماثل (تسمى شارجينوس ، و sleptons و الكواركات السفلية فائقة التناظر) ، يجب أن يكون لديهم خصائص معينة لم يستبعدها ATLAS حتى الآن.
إذا كانت النماذج الحالية للتناظر الفائق صحيحة ، فيجب أن يكون زوج الشارجينوس 447 مرة على الأقل من كتلة البروتون ، ويجب أن يكون زوج النمتون 746 مرة على الأقل من كتلة البروتون.
وبالمثل ، استنادًا إلى النماذج الحالية ، يجب أن يكون الكواركات القاعية الفائقة التناظر 1.545 مرة على الأقل من كتلة البروتون.
أنهى أطلس بالفعل الصيد بحثًا عن المزيد من الشارجينوس الخفيف ، والنحل ، والكواركات السفلية. وقال الباحثون إنهم واثقون بنسبة 95٪ من عدم وجودهم.
في بعض النواحي ، يبدو أن البحث عن المادة المظلمة ينتج باستمرار نتائج فارغة ، والتي يمكن أن تكون مخيبة للآمال. لكن هؤلاء الفيزيائيين لا يزالون متفائلين.
وقالوا في بيان إن هذه النتائج "تضع قيودًا قوية على السيناريوهات الفائقة التناظر المهمة ، والتي ستوجه عمليات البحث المستقبلية في أطلس".
ونتيجة لذلك ، أصبح لدى ATLAS الآن طريقة جديدة لصيد المادة المظلمة والتناظر الفائق. لم يحدث حتى الآن العثور على أي مادة مظلمة أو تناظر فائق حتى الآن.
