Бозон Хиггса может распадаться на частицы тёмной материи

В мае 2015 года Большой адронный коллайдер (LHC) будет запущен на полную мощность после более чем двух лет улучшений. И теперь исследователи готовы к изучению тайн Вселенной как никогда прежде. Вероятно, к уже запланированным работам добавиться и ещё одна — весьма интересная и относящаяся к одной из величайших неразгаданных тайн космоса.

Шведский учёный выдвинул теорию, благодаря которой один из экспериментов БАК будет включать поиск частиц тёмной материи.

Кристоффер Петерссон (Christoffer Petersson) из Технического университета Чалмерса в Швеции предполагает, что бозон Хиггса может распадаться на частицы тёмной материи, и надеется, что команда исследователей ЦЕРНа сможет доказать его гипотезу экспериментальным путём.

Шведский учёный вместе с двумя своими коллегами утверждают, что новая модель частиц может доказать существование тёмной материи. Космологические исследования уже давно прогнозируют, что Вселенная на 84,5% состоит из этой загадочной субстанцией. Но из-за того, что она не участвует в электромагнитном взаимодействии, астрономы не могут доказать её существование при помощи современных приборов.

Тёмную материю невозможно наблюдать, однако существование её очевидно. Например, она косвенно проявляет себя при наблюдении гравитационных эффектов в скоплениях галактик. Тем не менее, пока физики не могут понять в полной мере её природу.

Напомним, что Стандартная модель физики элементарных частиц хороша для описания природы вещей на субатомном уровне, она определяет наше понимание квантового мира. Однако она не является всеобъемлющей и, в частности, не способна объяснить, доказать или опровергнуть существование тёмной материи во Вселенной, то есть разрешить вопрос, с каждым днём вызывающий всё больше научных споров. Модель доктора Петерссона, в свою очередь, содержит больше элементарных частиц, нежели Стандартная модель, в том числе и частицы тёмной материи.

Его модель также наделяет частицы Хиггса различными свойствами, предполагая, что они могут распадаться на фотоны, то есть частицы света, и частицы невидимой тёмной материи. Доказать такую теорию невозможно без ускорителя частиц — к счастью, сотрудники ЦЕРНа готовы предоставить учёному возможность провести свои исследования.

Две независимые экспериментальные установки БАК, ATLAS и CMS, будут искать свойства хиггсонов, наличие которых предсказывает модель Петерссона.

"Это исполнение мечты для каждого теоретика, изучающего физику частиц, — комментирует Петерссон. — БАК — единственное место, где гипотеза может быть проверена. Что ещё лучше — это будет сделано в ходе сразу двух независимых экспериментов".

Отметим, что детекторы БАК напрямую «не видели» бозон Хиггса, когда было сделано открытие. Детекторы ATLAS и CMS наблюдали за бесчисленным количеством столкновений частиц, а затем изучали то, что получается в ходе столкновений. Бозоны Хиггса быстро распадалась на другие частицы, которые детекторы могли поймать — например, мюоны. Это и стало доказательством существования бозона Хиггса.

Даже несмотря на то, что в ходе первых исследований был получен впечатляющий объём информации, этих данных оказалось слишком мало для того, чтобы подтвердить или опровергнуть модель Петерссона. Предыдущие эксперименты показали лишь распад бозона Хиггса на четыре мюона и на два тау-лептона, а упоминаний о частицах тёмной материи до сих пор не было.

После двухлетнего перерыва и модернизации установки, БАК вновь начнёт свою работу весной 2015 года. При более высоких энергиях, наконец, можно будет собрать достаточное количество данных для оценки правомерности модели шведского учёного. Если модель окажется правдоподобной, это кардинальным образом изменит представление учёных о фундаментальных строительных блоках природы.