อะตอมที่ใหญ่ที่สุดในโลกอาจสูญเสียสสารมืด แต่นักฟิสิกส์ได้รับภาพที่ชัดเจนว่าสสารมืดที่หายไปนั้นอาจมีลักษณะอย่างไร - แม้ว่ามันจะมีอยู่จริงก็ตาม
ATLAS เครื่องตรวจจับอนุภาคขนาดใหญ่มากที่ Large Hadron Collider (LHC) ซึ่งตั้งอยู่ในเจนีวาเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดในการค้นพบ Higgs boson ย้อนกลับไปในปี 2012 ตอนนี้มันได้เคลื่อนที่เพื่อค้นหาอนุภาคแปลกใหม่มากขึ้นรวมถึงทฤษฎี "supersymmetric" "อนุภาคหรืออนุภาคคู่กับอนุภาคที่รู้จักทั้งหมดในจักรวาล
หากความสมมาตรเป็นจริงอนุภาคเหล่านั้นบางส่วนสามารถอธิบายสสารมืดที่มองไม่เห็นที่แผ่กระจายไปทั่วจักรวาลของเรา ตอนนี้ผลการทดลองที่นำเสนอในการประชุมที่เน้นการ ATLAS ในเดือนมีนาคมได้เสนอคำอธิบายที่แม่นยำที่สุด แต่สิ่งที่อนุภาคสมมุติฐานเหล่านั้นจะต้องมีหน้าตาเป็นอย่างไร
เรื่องที่มองไม่เห็น
สำรองข้อมูล
สสารมืดเป็นสิ่งที่มองไม่เห็นซึ่งอาจรวมถึงเอกภพส่วนใหญ่ มีสาเหตุหลายประการที่ทำให้สงสัยว่ามีอยู่แม้ว่าจะไม่มีใครเห็นก็ตาม แต่นี่คือสิ่งที่ชัดเจนที่สุด: กาแลคซีอยู่
เมื่อมองไปรอบ ๆ จักรวาลของเรานักวิจัยจะเห็นว่ากาแลคซีดูเหมือนจะไม่ใหญ่พอที่จะมัดตัวเองพร้อมกับแรงดึงดูดของดวงดาวที่มองเห็นและวัตถุทั่วไปอื่น ๆ หากสิ่งที่เราเห็นได้ก็คือกาแลคซีเหล่านั้นจะแยกออกจากกัน นั่นแสดงให้เห็นว่าสสารมืดที่มองไม่เห็นบางส่วนถูกรวมอยู่ในกาแลคซีและจับพวกมันไว้ด้วยกันกับแรงดึงดูดของมัน
แต่ไม่มีอนุภาคใดที่รู้จักสามารถอธิบายใยแก้วนำแสงของกาแลกซี่ได้ นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่สันนิษฐานว่ามีบางอย่างอยู่ที่นั่นอนุภาคบางชนิด (หรืออนุภาค) ที่เราไม่เคยเห็นนั่นคือสสารที่ทำให้มืดทั้งหมด
นักฟิสิกส์ทดลองได้สร้างเครื่องตรวจจับหลายตัวเพื่อตามล่าพวกมัน
การทดลองเหล่านี้ทำงานในรูปแบบที่แตกต่างกัน แต่ในสาระสำคัญมีจำนวนมากที่จะเก็บสิ่งของชิ้นใหญ่ไว้ในห้องที่มืดมากและดูอย่างระมัดระวัง ในที่สุดทฤษฎีก็ปรากฏว่าอนุภาคของสสารมืดบางส่วนจะชนกับสิ่งของก้อนใหญ่และทำให้มันเปล่งประกาย และขึ้นอยู่กับลักษณะของสิ่งของและประกายระยิบระยับนักฟิสิกส์จะได้เรียนรู้ว่าอนุภาคสสารมืดนั้นเป็นอย่างไร
ATLAS กำลังใช้วิธีการตรงกันข้ามโดยมองหาอนุภาคสสารมืดในสถานที่ที่สว่างที่สุดแห่งหนึ่งในโลก LHC เป็นเครื่องจักรที่มีขนาดใหญ่มากซึ่งแตกอนุภาคด้วยกันด้วยความเร็วสูงอย่างไม่น่าเชื่อ ภายในระยะทางหลายไมล์มีการระเบิดอย่างต่อเนื่องของอนุภาคใหม่ที่เกิดขึ้นจากการชนเหล่านั้น เมื่อ ATLAS ค้นพบ Higgs boson สิ่งที่เห็นคือกลุ่มของ Higgs bosons ที่ LHC สร้างขึ้นจริง
นักทฤษฎีบางคนคิดว่า LHC อาจจะสร้างอนุภาคสสารมืดบางชนิดโดยเฉพาะ: หุ้นส่วนที่มีความสมมาตรของอนุภาคที่รู้จักกันดี คำว่า "supersymmetry" หมายถึงทฤษฎีที่ว่าอนุภาคที่รู้จักกันจำนวนมากในฟิสิกส์ได้ค้นพบ "พันธมิตร" ที่ยังไม่ถูกค้นพบซึ่งยากต่อการตรวจจับมาก ทฤษฎีนี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ แต่ถ้าเป็นจริงมันจะทำให้สมการยุ่งเหยิงที่ควบคุมฟิสิกส์อนุภาคในปัจจุบันง่ายขึ้น
อาจเป็นไปได้ว่าอนุภาคที่มีความสมมาตรเกินกว่าซึ่งมีคุณสมบัติที่เหมาะสมสามารถอธิบายสสารมืดบางส่วนหรือทั้งหมดที่หายไปในจักรวาล และถ้าพวกมันถูกสร้างขึ้นที่ LHC ATLAS ควรจะสามารถพิสูจน์ได้
การตามล่าหาอนุภาคที่มีความสมมาตร
แต่มีปัญหา นักฟิสิกส์เชื่อมั่นมากขึ้นว่าหากอนุภาคเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นที่ LHC พวกมันจะบินออกจากเครื่องตรวจจับก่อนที่จะสลายตัว นั่นเป็นปัญหาตามที่วิทยาศาสตร์ชีวภาพได้รายงานไว้ก่อนหน้านี้เพราะ ATLAS ไม่ได้ตรวจจับอนุภาคซุปเปอร์เมอร์ริคที่แปลกใหม่โดยตรง แต่จะเห็นอนุภาคทั่วไปที่อนุภาคซูเปอร์สมมาตรเปลี่ยนไปหลังจากสลายตัว ... หากอนุภาคซูเปอร์สมมาตรยิงออกจาก LHC ก่อนสลายตัว แม้ว่า ATLAS จะไม่สามารถมองเห็นลายเซ็นนั้นได้ดังนั้นนักวิจัยจึงมีทางเลือกสร้างสรรค์: การล่าสัตว์โดยใช้สถิติจากการชนกันของอนุภาคใน LHC นับล้านเพื่อเป็นหลักฐานว่ามีบางอย่างขาดหายไป
"การปรากฏตัวของพวกเขาสามารถสรุปได้ด้วยขนาดของโมเมนตัมขวางที่หายไปของการชน" นักวิจัยกล่าวในแถลงการณ์
การวัดโมเมนตัมที่หายไปอย่างแม่นยำนั้นเป็นงานที่ยากลำบาก
"ในสภาพแวดล้อมที่หนาแน่นของการชนที่ทับซ้อนกันจำนวนมากที่เกิดจาก LHC มันอาจเป็นเรื่องยากที่จะแยกโมเมนตัมของแท้ออกจากปลอม" นักวิจัยกล่าวว่า
จนถึงตอนนี้การล่านั้นก็ไม่ได้เกิดอะไรขึ้น แต่นั่นเป็นข้อมูลที่เป็นประโยชน์ เมื่อใดก็ตามที่การทดสอบสสารมืดโดยเฉพาะล้มเหลวจะให้ข้อมูลแก่นักวิจัยเกี่ยวกับสสารมืดที่ดูเหมือนไม่เป็นเช่นนั้น นักฟิสิกส์เรียกกระบวนการสสารมืดเรื่องนี้ว่า "บังคับ" สสารมืด
ผลการค้นหาในเดือนมีนาคมที่ผ่านมาซึ่งอิงจากสถิติการค้นหาโมเมนตัมที่หายไปแสดงให้เห็นว่าหากมีผู้สมัครสสารมืดที่มีความสมมาตร (เรียกว่า charginos, sleptons และ quark bottom quark) พวกเขาต้องมีลักษณะเฉพาะที่ ATLAS ยังไม่ได้ปกครอง
ถ้าแบบจำลองซุปเปอร์เพอร์เมอร์รีย์ในปัจจุบันนั้นถูกต้องจะต้องมีคู่ของคาสิโนอย่างน้อย 447 เท่าของมวลของโปรตอนและคู่นอนต้องมีอย่างน้อย 746 เท่าของมวลของโปรตอน
ในทำนองเดียวกันบนพื้นฐานของโมเดลปัจจุบันควาร์กล่างสุดเหนือจะต้องมีมวลอย่างน้อย 1,545 เท่าของโปรตอน
ATLAS เสร็จสิ้นการล่าแล้วสำหรับการชาร์จที่มีน้ำหนักเบา, sleptons และควาร์กด้านล่าง และนักวิจัยกล่าวว่าพวกเขามั่นใจ 95% ว่าพวกเขาไม่มีตัวตน
ในบางแง่มุมการค้นหาสสารมืดดูเหมือนจะก่อให้เกิดการค้นพบที่เป็นโมฆะอยู่ตลอดเวลาซึ่งน่าผิดหวัง แต่นักฟิสิกส์เหล่านี้ยังคงมองโลกในแง่ดี
ผลลัพธ์เหล่านี้พวกเขากล่าวในแถลงการณ์ว่า "วางข้อ จำกัด ที่แข็งแกร่งในสถานการณ์ที่สำคัญยิ่งยวดซึ่งจะเป็นแนวทางในการค้นหา ATLAS ในอนาคต"
ดังนั้น ATLAS จึงมีวิธีการใหม่ในการล่าสสารมืดและความสมมาตร มันไม่ได้เกิดขึ้นเพื่อค้นหาสสารมืดหรือสิ่งที่เกินความจำเป็น
