Sekarang para ilmuwan telah menemukan Higgs boson, Large Hadron Collider akan mencari target yang lebih sulit dipahami: materi gelap. Kita dikelilingi oleh materi gelap dan energi gelap - zat tak terlihat yang mengikat galaksi, tetapi tidak melepaskan diri. Karya baru ini menguraikan metode inovatif untuk mencari materi gelap oleh Large Hadron Collider dengan memanfaatkan kecepatan partikel potensial yang relatif lambat.
Dunia gelap materi gelap
“Kami tahu pasti bahwa ada dunia gelap dan ada lebih banyak energi di dalamnya daripada milik kami,” kata Lien-Tao Wong, seorang profesor fisika di Universitas Chicago yang meneliti pencarian sinyal dalam akselerator partikel besar seperti LHC. Pekerjaan itu diterbitkan di Physical Review Letters.
Meskipun dunia gelap membentuk lebih dari 95% alam semesta, para ilmuwan hanya mengetahui keberadaannya dari efek yang dimilikinya - seperti poltergeist, yang hanya terlihat jika ada sesuatu yang bergerak di rak atau saat lampu berkedip. Misalnya, kita mengetahui keberadaan materi gelap, karena kita melihat efek gravitasinya - ini membantu galaksi kita untuk tidak terbang terpisah.
Para ahli teori percaya bahwa ada satu jenis partikel gelap khusus yang dapat berinteraksi secara berkala dengan materi biasa. Ini akan lebih berat dan akan bertahan lebih lama dari partikel lain yang diketahui - hingga sepersepuluh detik. Menurut para ilmuwan, beberapa kali dalam satu dekade, partikel semacam itu dapat terperangkap dalam tabrakan proton di LHC, yang terjadi dan diukur secara konstan.
“Satu kemungkinan yang sangat menarik adalah bahwa partikel gelap berumur panjang ini entah bagaimana terkait dengan boson Higgs - bahwa Higgs sebenarnya adalah portal ke dunia gelap,” kata Wong, mengacu pada fisikawan partikel terakhir yang ditemukan dalam teori besar tentang cara kerja alam semesta. … Higgs boson ditemukan di LHC pada tahun 2012. "Mungkin Higgs benar-benar bisa membusuk menjadi partikel berumur panjang ini."
Satu-satunya masalah adalah memisahkan peristiwa ini dari yang lain; di LHC 27 kilometer, terjadi lebih dari satu miliar tabrakan per detik, yang masing-masing mengirimkan semburan subatomik ke segala arah.
Video promosi:
Para ilmuwan telah mengusulkan metode pencarian baru dengan menggunakan satu aspek tertentu dari partikel gelap tersebut. "Jika sangat berat, dibutuhkan energi untuk memproduksinya, jadi momentumnya tidak akan besar - ia akan bergerak lebih lambat dari kecepatan cahaya," kata Jia Liu, penulis pertama studi tersebut.
Penundaan waktu ini akan membuatnya menonjol dari partikel lainnya. Ilmuwan hanya perlu mengubah sistem untuk menemukan partikel yang dihasilkannya. Perbedaannya terletak pada kisaran nanodetik - satu miliar detik - atau kurang. Tapi LHC sudah memiliki detektor yang cukup pintar untuk menangkap perbedaan ini; sebuah studi baru-baru ini menggunakan data yang dikumpulkan dari peluncuran terakhir collider menunjukkan bahwa metode ini seharusnya berfungsi, ditambah detektor akan menjadi lebih sensitif dengan peningkatan yang akan datang.
“Kami berharap metode ini meningkatkan kepekaan kami terhadap partikel gelap berumur panjang dengan beberapa kali lipat - sambil memanfaatkan kemampuan yang sudah dimiliki LHC,” kata Liu. Para penguji sedang mengerjakan pembuatan jebakan. Ketika LHC menyala kembali pada tahun 2021, setelah peningkatan luminositas 10 kali lipat, ketiga detektor utama akan dilengkapi dengan sistem baru.
“Kami pikir ada potensi besar untuk penemuan. Jika ada partikel, kami akan punya cara untuk mengekstraknya."
Ilya Khel
