Как отыскать тёмную материю в Большом адронном коллайдере ?
Тёмная материя давно служит поводом для яростных споров в рядах учёных. Несмотря на множество экспериментов по её поиску, ни один из них пока не увенчался успехом.
Многие учёные считают, что тёмная материя может быть лишь частью совершенно отдельного «скрытого мира» частиц со своими силами и связями. Если существует целый мир «тёмных частиц», возможно, что некоторые из них легче найти, чем саму тёмную материю. Чтобы их отыскать, учёные проведут в БАК (Большой адронный коллайдер) серию экспериментов под общим названием FASER (Forward Search Experiment).
Для реализации программы понадобилась модернизация БАК, установка нового детектора FASER для поиска долгоживущих и сверхлёгких частиц, а также форм материи, которые почти не взаимодействуют с окружающим нас миром.
FASER будет расположен примерно в 450 метрах от другого детектора ATLAS. Благодаря ему был открыт бозон Хиггса. Отличие FASER — он будет установлен не внутри самого кольца БАК, а несколько в стороне от него. Подобное решение обосновано тем, что если тёмные частицы возникнут в результате столкновений протонов или тяжелых ионов внутри ATLAS, то они, по мнению учёных, не будут двигаться по кольцу, а пролетят через детектор по прямой линии. Именно на пути их предполагаемого полёта и будет находиться FASER.
Исследовательские мероприятия должны быть организованы в период с 2021 по 2023 годы.
Тёмный мир
Все известные учёным элементарные частицы, например, электроны, фотоны, протоны, нейтроны относятся к так называемой Стандартной модели. Они взаимодействуют в рамках известных нам физических законов.
Однако тёмная материя — это не часть Стандартной модели. Она никак не взаимодействует с окружающим её пространством, только посредством гравитационного взаимодействия. Мы не можем обнаружить тёмную материю с помощью её связи с другими фундаментальными взаимодействиями. Это и отличает её от всего, что мы знаем в нашей Вселенной.
БАК сталкивает частицы на огромных скоростях и создаёт условия, которые напоминают первые несколько минут после Большого взрыва. Тогда Вселенная представляла собой бурную массу частиц, существование многих из которых было ограничено долями секунды. Учёные полагают, что некоторые частицы, которые образовались в результате таких столкновений, могут быть частью «тёмного» мира.
Возможно, что ключи к разгадке могут содержаться как в старых данных, так и в тех, которые ещё предстоит получить. Даже сейчас, когда команда БАК проводит эксперименты и сохраняет лишь интересующие их данные, за год их собирается около петабайта, что сопоставимо с объёмами данных у Facebook или Google. Их анализ может занять долгие годы.
БАК будет вновь запущен в 2021 году и проработает несколько лет. Учёные не надеются, что обнаружение тёмных частиц станет обычным явлением. Но БАК будет работать годами, сталкивая триллионы частиц. И, возможно, одна из них станет «весточкой» из тёмного мира.
