Физики будут искать тёмную материю на Большом адронном коллайдере

Учёные придумали способ поиска тёмной материи с помощью крупнейшего в мире ускорителя. Экспериментаторы уже работают над сознанием нужной аппаратуры.

Детали метода изложены в научной статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters группой во главе с Лянь-Тао Ваном (Lian-Tao Wang) из Чикагского университета.

Мы подробно рассказывали о том, что такое тёмная материя и почему большинство экспертов считает, что она состоит из неизвестных науке частиц. У теоретиков есть целый "зоопарк" кандидатов на эту роль, от очень лёгких до очень тяжёлых. Несомненно одно: с обычной материей эти частицы взаимодействуют очень редко, иначе их давно обнаружили бы.

Обычная стратегия поиска заключается в том, чтобы построить детектор (большой или не очень) и ждать, пока частица тёмной материи сама туда угодит. Авторы нового исследования предлагают кардинально иной подход: искать тёмную материю среди продуктов реакций, происходящих на ускорителе. В общем-то, второй вариант – это стандартный способ поиска новых частиц.

В частности, на Большом адронном коллайдере давно уже наблюдаются различные варианты распада знаменитого бозона Хиггса. По некоторым моделям, он может распасться и на частицы долгоживущие тёмной материи.

"Одна особенно интересная возможность состоит в том, что эти долгоживущие "тёмные частицы" каким-то образом связаны с бозоном Хиггса, что бозон Хиггса на самом деле является "порталом в тёмный мир", – говорит Лянь-Тао Ван. – Возможно, что бозон Хиггса действительно может распасться на эти долгоживущие частицы".

Вопрос в том, как их обнаружить. По мысли авторов, ключом должна стать низкая скорость "тёмных частиц".

Поясним, что энергия столкновения протонов частично идёт на образование новых частиц (продуктов реакции), а частично переходит в энергию их движения. Частицы тёмной материи, о которых речь в статье, тяжелее любых частиц, когда-либо наблюдавшихся в эксперименте. На их рождение уходит значительная часть энергии, и на кинетическую энергию остаётся не так много. Поэтому они должны двигаться медленнее, чем обычные продукты реакции.

Насколько медленнее? Разница во времени достижения детектора составит миллиардную часть секунды или ещё меньше. Однако заметить такое отклонение – выполнимая задача. Учёные уже начали работать над созданием нужной аппаратуры. Она должна быть смонтирована на всех трёх основных детекторах БАК.

По расчётам авторов, учёт временных задержек увеличит чувствительность эксперимента к тяжёлым долгоживущим частицам в сотни раз.