Detectorul ATLAS. Puteți face un tur virtual aici.
Materia întunecată de care credem că domină universul ar putea fi alcătuită din așa-numite particule supersimetrice: frați și surori ai particulelor normale, cele din modelul standard al particulelor elementare, însă cu spin opus și cu masă mult mai mare. Proiectul de cercetare ATLAS de la acceleratorul LHC la CERN a căutat aceste particule; în mod concret, partenerul supersimetric al quarcului b (bottom), reușind să pună noi limite asupra eventualelor sale caracteristici.
Materia întunecată și particulele supersimetrice
În univers se pare că există o cantitate de materie, numită materie întunecată pentru că nu emite lumină, mult mai mare decât cea pe care o vedem prin intermediul undelor electromagnetice, precum stelele.
Această materie întunecată exercită forță gravitațională asupra materiei normale și acest lucru se vede de exemplu în viteza stelelor din periferia galaxiilor. Din ce ar putea fi alcătuită această materie invizibilă, întunecată? Din particule care nu fac parte din modelul standard al fizicii particulelor elementare, particule pe care însă nimeni nu le-a descoperit până în prezent. La loc de cinste se număra așa-numitele particule supersimetrice, adică surori și frați ai particulelor din modelul standard care au spin opus, cele care în modelul standard sunt fermioni (spin ½), în partea nevăzută a modelului supersimetric sunt bosoni (spin zero/întreg) și invers.
Particulele supersimetrice ar avea masă mult mai mare decât cele normale, altfel le-am fi măsurat până în prezent. Cât de mare? Nu este clar, întrucât există mai multe modele teoretice care dau valori destul de diferite. Aceste particule sunt căutate în cadrul unor experimente la acceleratoare precum LHC (Marele Accelerator de Hadroni) la Geneva (CERN).
Particulele din modelul standard
ATLAS la CERN
ATLAS este unul dintre cele 4 mari proiecte de cercetare de la acceleratorul LHC de la CERN (Geneva). ATLAS, CMS, LHCb și ALICE sunt instalate în diverse puncte la LHC, unde se efectuează ciocniri de protoni la mare energie (pentru ALICE se studiază inclusiv ciocniri cu nuclee de plumb).
Acceleratorul este circular cu o circumferință de 27 km și efectuează ciocniri de particule cu energii extreme, cele mai mari realizate la acceleratoare. În urma acestor ciocniri, prin transformarea energiei în masă, se generează mii și mii de noi particule; mare parte din acestea sunt particule pe care deja le cunoaștem (protoni, neutroni, pioni, miuoni etc.); altele însă, se speră, sunt particule cu totul noi. Așa a fost cazul bosonului Higgs, descoperit la LHC de ATLAS și CMS. Bosonul Higgs a fost căutat mulți ani (circa 50, de când a fost prevăzută existența acestuia) și descoperit în 2012. La ora actuală ATLAS analizează datele pe care le-a adunat de-a lungul anilor în căutarea de particule supersimetrice.
ATLAS pe urma partenerului supersimetric al quarcului b (bottom)
Membrii ATLAS au analizat datele pe care le-au obținut în cadrul experimentului în cele două perioade de funcționare: Run1 din 2010 în 2013 și Run2 din 2015 în 2018 în căutarea proceselor care ar produce partenerul supersimetric al quarcului b.
Quarcul b este al doilea cel mai greu din modelul standard. Partenerul supersimetric ar avea spin zero, fiind o așa-numită particulă scalară. Dacă există, s-ar dezintegra de exemplu într-un quarc b, un boson Higgs și o particulă de materie întunecată. Cercetătorii au pus la punct pentru această analiză de date extrem de dificilă metode de învățare automată (machine learning) și algoritmi de reconstrucție a evenimentelor deosebite. În felul acesta au obținut noi limite (exclusion plot) atât cu privire la partenerul supersimetric al quarcului b, cât și la alte tipuri de particule de materie întunecată, rezultatele fiind publicate în arXiv și, desigur, cât de curând, într-o revistă peer reviewed.
Materia întunecată rămâne un mister
Materia întunecată rămâne încă un mare mister, împreună cu energia întunecată. Universul întunecat, care ar trebui să compună 95% din materia și energia universului, sunt obiect de studiu al multor proiecte de cercetare, precum ATLAS. Există și alte experimente la diverse acceleratoare în întreaga lume care caută direct sau indirect particule întunecate, precum și experimente în laboratoare subterane care încearcă să măsoare interacțiunea particulelor de materie întunecată din univers cu detectoare deosebit de sensibile. Vom vedea în următorii 10 ani dacă noi particule vor fi descoperite sau, dimpotrivă, vânătoare va rămâne fără rezultate.
→ Poți citi și articolul nostru recent: Ipoteza materiei întunecate vs teoria gravitației modificate. Care explică mai bine universul?
