FoodPro Preloader

Fremskyndet forventning: Alle øyne på stor Hadron Collider i Dark Matter Hunt


BALTIMORE-mørk materie gjennomsyrer universet og gir form til kosmos på de største skalaene. Så kanskje det er passende at fysikere vender seg til et stort fysisk eksperiment for å avdekke det mørke saken er laget av. Mørk materie bidrar til å danne moldgalaksasjon og står for fem ganger massen av alt det vanlige, synlige stoffet i universet, men det har utelukket direkte deteksjon i flere tiår. Astronom

BALTIMORE-mørk materie gjennomsyrer universet og gir form til kosmos på de største skalaene. Så kanskje det er passende at fysikere vender seg til et stort fysisk eksperiment for å avdekke det mørke saken er laget av.
Mørk materie bidrar til å danne moldgalaksasjon og står for fem ganger massen av alt det vanlige, synlige stoffet i universet, men det har utelukket direkte deteksjon i flere tiår. Astronomer kan se dens gravitasjonseffekter - galakser og galakse-klynger oppfører seg som om de har langt mer masse enn vanlig materie alene kan gi - men partikkelens natur er fortsatt et mysterium.
På et nylig mørkt materie-symposium ved Space Telescope Science Institute her, håpet på en løsning via Large Hadron Collider vevd stor. LHC, i hovedsak en 27 kilometer lang kjøretur, begravet 100 meter undergrunnen i nærheten av Genève, startet opp i 2009 og ble raskt den mest kraftfulle partikkelkollideren i verden. På en rekke kontrollerte slagpunkter øker protonene oppstått til nær lysets hastighet, og fysikere siver seg gjennom utløpsrøret for å lete etter hint av ny fysikk.
Astronomer og kosmologer har krysset over at en positiv ID på en mørk materiepartikkel vil være blant de nye fenomenene som snart skal strømme ut av LHC. Tross alt har astronomiske prober som har søkt ut signaturen av mørke materiepartikler, kommet opp tomme, som har eksperimenter på bakken designet for å oppdage stoffene.
"Jeg føler meg litt pessimistisk, " sa astronom Sandra Faber fra University of California, Santa Cruz, under en diskusjon på symposiet. «Som alle høyttalere i de siste to dagene snakket, tenkte jeg til meg selv: 'Hvordan kan jeg gjøre et tilfelle her at astronomi skal svare på mørkets natur?' Jeg synes det er ganske tynt. Jeg tror vi må vende til fysikerne for å faktisk oppdage denne partikkelen eller partiklene - og fortell oss hva det er. "
En pågående mulighet er at en av mange spesialiserte mørke materielle detektorer, som Xenon100 i Italia eller CoGeNT i Minnesota, kan få en vifte av ting som jorden passerer gjennom en mørk sirkel. Men mange forskere holder ut mer håp for LHC, som kan produsere mørkt materiale i partikkelkollisjonene.
Det ville tyde veien mot andre komplementære detekteringer. Mange forskere har for eksempel brukt Fermi Gamma-Ray Space Telescope til å lete etter signaturen av mørke partikkelpartikler som krasjer inn i hverandre, forstyrrer hverandre og gir av gammastråler. Dan Hooper fra Fermilab og Lisa Goodenough fra New York University publiserte en studie i Fysikk Letters B i mars som viser at Fermi observasjoner fra sentrum av Melkeveys Galaxy ser ut til å vise et gammastråleoverskudd som tyder på mørk materieutslettelse der.
Men dataene er noe tvetydige, UC Santa Cruz fysiker og Fermi-lagmedlem Robert Johnson sa i en snakk på det mørke materie-symposiet. "Du ser ingen residualer i det galaktiske senteret som vil foreslå noe ekstra som skjer der, " sa han. "Jeg tror det er et åpent spørsmål om det er en mørk materiellkilde på galaktisk senter. Det er veldig vanskelig å oppheve det fra de andre tingene som skjer der."
I et intervju noterte Johnson at LHC burde kunne klargjøre ting betydelig. "Vi ser på å se blind på dataene nå, " sa han. Hvis LHC kunne klemme ned egenskapene til en lovende mørk materiellpartikkel, ville Fermi-dataene komme inn i mye strammere fokus. "LHC har en mye større rekkevidde i parameterområdet for å lete etter noe som supersymmetrisk mørkt materiale, " sa Johnson. Supersymmetri er en populær hypotetisk modell for partikkelfysikk som peker på at hver elementære partikkel-kvark, elektroner og så videre, har en skjult motpartpartikkel som bare venter på å bli oppdaget. En slik supersymmetrisk partner kan gi en ideell kandidat til den mørke materiepartikkelen.
Leter du etter supersymmetri er en av LHCs primære oppgaver, sammen med å oppdage det ettertraktede Higgs boson, som er teoretisert til å låne andre elementære partikler masse. Og avhengig av egenskapene til de antatte supersymmetriske partiklene, kan LHC være nær å finne dem. "I sommer eller i vinter kan vi ha noe å si om det finnes supersymmetriske partikler som bor der ute, " fysiker Albert de Roeck av CERN, det europeiske partikkelfysikklaboratoriet som driver LHC, sa på symposiet.
Selv om det tar litt lengre tid enn det - som det kan, hvis supersymmetri ligger i et regime som er mindre tilgjengelig for LHCs detektorer - er astronomer villige til å vente. «Gi oss omtrent tre år for at LHC skal nå maksimal lysstyrke, » sa astrofysiker Joe Silk fra Oxfords universitet i paneldiskusjonen. "Hvis de finner tegn på supersymmetri, tror jeg dette ville gi en fantastisk boost til feltet."
Astronomer regner med LHC for å bryte ny grunn i søket om mørk materie, men i et intervju de Roeck sa at deres forventninger ikke satte betydelig økt press på CERN. "Supersymmetri er bra, det vil tilfredsstille mange kunder, " sa han. Men i forhold til løpet om å finne Higgs og det politiske presset for å levere avkastning på et så ambisiøst og dyrt eksperiment, er det ekstra trykket for å finne mørkt materiale "peanøtter", sa de Roeck.