Існування темної матерії є давньою загадкою у нашому Всесвіті. Темна матерія становить близько чверті нашого Всесвіту, але вона не дуже взаємодіє зі звичайною матерією. Існування темної матерії було підтверджено низкою астрофізичних і космологічних спостережень, у тому числі на приголомшливих нещодавніх знімках, зроблених космічним телескопом Джеймса Вебба. Однак на сьогодні не повідомлялося про експериментальне спостереження темної матерії. Існування темної матерії було питанням, яке астрофізики всього світу досліджували протягом десятиліть.
«Це причина, чому ми проводимо дослідження у фундаментальній науці , досліджуючи найглибші таємниці Всесвіту. Великий адронний колайдер у CERN є найбільшим експериментом, коли-небудь створеним, і зіткнення частинок, що створюють умови, схожі на Великий вибух, можна використовувати для пошуку натяків на темної матерії”, – каже професор Діпак Кар зі Школи фізики Університету Вітватерсранд в Йоганнесбурзі, Південна Африка.
Працюючи в експерименті ATLAS в CERN, Кар і його колишній доктор філософії. Студентка Суканья Сінха (зараз докторант Манчестерського університету) започаткувала новий спосіб пошуку темної матерії. Їхнє дослідження було опубліковано в журналі Physics Letters B.
«За останні кілька десятиліть на коллайдері було проведено безліч пошуків темної матерії, які зосереджувалися на слабко взаємодіючих масивних частинках , які називаються WIMP», — каже Кар. «WIMPS — це один клас частинок, які, як припускають, пояснюють темну матерію, оскільки вони не поглинають і не випромінюють світло і не сильно взаємодіють з іншими частинками. Однак, оскільки жодних доказів WIMPS досі не знайдено, ми зрозуміли, що пошуки темної матерії потребували зміни парадигми».
«Нам було цікаво, чи насправді частинки темної матерії утворюються всередині струменя частинок стандартної моделі», — сказав Кар. Це призвело до дослідження нових детекторів, відомих як напіввидимі струмені, на які вчені раніше не звертали уваги.
Зіткнення протонів з високою енергією часто призводять до утворення колімованого спрею частинок, зібраних у те, що називають струменями, в результаті розпаду звичайних кварків або глюонів. Напіввидимі струмені виникнуть, коли гіпотетичні темні кварки розпадуться частково на кварки стандартної моделі (відомі частинки) і частково на стабільні темні адрони («невидима частка»).
Оскільки вони виробляються парами, як правило, разом із додатковими форсунками стандартної моделі, дисбаланс енергії або відсутня енергія в детекторі виникає, коли всі форсунки не повністю збалансовані. Напрямок відсутньої енергії часто узгоджується з одним із напіввидимих струменів.
Це робить пошук напіввидимих струменів дуже складним, оскільки ця сигнатура події також може виникати через неправильно виміряні струмені в детекторі. Новий спосіб пошуку темної матерії Каром і Сінхою відкриває нові напрямки пошуку темної матерії.
«Хоч моя докторська дисертація не містить відкриття темної матерії, вона встановлює перші й досить жорсткі верхні межі для цього способу виробництва, і вже надихає на подальші дослідження», — каже Сінха.