Il più grande demolitore di atomi del mondo potrebbe perdere la sua materia oscura. Ma i fisici stanno ottenendo un quadro più chiaro di come potrebbe apparire la materia oscura perduta, se esiste.
ATLAS, il rivelatore di particelle molto grandi presso il Large Hadron Collider (LHC) di Ginevra, è noto per aver scoperto il bosone di Higgs nel 2012. Ora è passato a caccia di particelle ancora più esotiche, incluso il teorico "supersimmetrico" "particelle o particelle partner di tutte le particelle conosciute nell'universo.
Se la supersimmetria è reale, alcune di quelle particelle potrebbero spiegare la materia oscura invisibile diffusa nel nostro universo. Ora, un paio di risultati presentati a una conferenza focalizzata su ATLAS a marzo ha offerto la descrizione più precisa di come sarebbero state quelle ipotetiche particelle.
Materia invisibile
Facciamo un passo indietro.
La materia oscura è la materia invisibile che può costituire la maggior parte dell'universo. Esistono diversi motivi per sospettare che esista, anche se nessuno può vederlo. Ma ecco il più ovvio: esistono le galassie.
Guardando intorno al nostro universo, i ricercatori possono vedere che le galassie non sembrano abbastanza grandi da legarsi insieme alla gravità delle loro stelle visibili e altra materia ordinaria. Se la roba che potessimo vedere fosse tutto ciò che c'era, quelle galassie si sarebbero allontanate. Ciò suggerisce che una materia oscura invisibile sia raggruppata in galassie e tenendole insieme con la sua gravità.
Ma nessuna delle particelle conosciute può spiegare la rete cosmica delle galassie. Quindi la maggior parte dei fisici presume che ci sia qualcos'altro là fuori, una sorta di particella (o particelle) che non abbiamo mai visto, che costituisce tutta quella materia oscura.
I fisici sperimentali hanno costruito molti rivelatori per cacciarli.
Questi esperimenti funzionano in diversi modi, ma in sostanza, molti equivalgono a mettere un grosso pezzo di roba in una stanza molto buia e guardarla con molta attenzione. Alla fine, secondo la teoria, alcune particelle di materia oscura si schiantano contro il grosso pezzo di materiale e lo fanno brillare. E a seconda della natura della materia e dello scintillio, i fisici impareranno come appariva la particella di materia oscura.
ATLAS sta adottando l'approccio opposto, cercando particelle di materia oscura in uno dei luoghi più luminosi della Terra. L'LHC è una macchina molto grande che rompe le particelle a velocità incredibilmente elevate. All'interno delle sue miglia di tubi c'è una sorta di scoppio continuo di nuove particelle formate in quelle collisioni. Quando ATLAS scoprì il bosone di Higgs, ciò che vide fu un mucchio di bosoni di Higgs che furono effettivamente creati dall'LHC.
Alcuni teorici pensano che l'LHC potrebbe anche creare tipi specifici di particelle di materia oscura: partner supersimmetrici di particelle conosciute. La parola "supersimmetria" si riferisce a una teoria secondo cui molte delle particelle conosciute in fisica hanno scoperto "partner" che sono molto più difficili da rilevare. Questa teoria non è stata dimostrata, ma se fosse vera semplificherebbe molte delle equazioni disordinate che attualmente governano la fisica delle particelle.
È anche possibile che particelle supersimmetriche con le giuste proprietà possano spiegare una parte o tutta la materia oscura mancante nell'universo. E se vengono realizzati presso l'LHC, ATLAS dovrebbe essere in grado di dimostrarlo.
La caccia alle particelle supersimmetriche
Ma c'è un problema. I fisici sono sempre più convinti che se quelle particelle supersimmetriche vengono prodotte nell'LHC, volano fuori dal rivelatore prima di decadere. Questo è un problema, come precedentemente riportato da Live Science, perché ATLAS non rileva direttamente le particelle supersimmetriche esotiche, ma vede invece le particelle più comuni a cui si trasformano le particelle supersimmetriche dopo il loro decadimento ... Se le particelle supersimmetriche vengono espulse dall'LHC prima di decadere, tuttavia, allora ATLAS non riesce a vedere quella firma, quindi i suoi ricercatori hanno trovato un'alternativa creativa: la caccia, usando le statistiche di milioni di collisioni di particelle nell'LHC, per provare che manca qualcos'altro.
"La loro presenza può essere dedotta solo attraverso l'entità del momento trasversale mancante della collisione", hanno detto i ricercatori in una dichiarazione.
Misurare accuratamente lo slancio mancante è comunque un compito difficile.
"Nel denso ambiente di numerose collisioni sovrapposte generate dall'LHC, può essere difficile separare lo slancio genuino da quello falso", hanno detto i ricercatori ...
Finora, quella caccia non ha prodotto nulla. Ma queste sono informazioni utili. Ogni volta che un particolare esperimento sulla materia oscura fallisce, fornisce ai ricercatori informazioni su come non appare la materia oscura. I fisici chiamano questo processo restrittivo "vincolante" della materia oscura.
Quei due risultati di marzo, basati su quella caccia statistica per il momento mancante, mostrano che se esistono alcuni candidati supersimmetrici di materia oscura (chiamati charginos, slepton e quark bottom supersimmetrici), devono avere caratteristiche particolari che ATLAS non ha ancora escluso.
Se gli attuali modelli di supersimmetria sono corretti, una coppia di charginos deve essere almeno 447 volte la massa di un protone e una coppia di dormienti deve essere almeno 746 volte la massa di un protone.
Analogamente, sulla base dei modelli attuali, il quark supersimmetrico di fondo dovrebbe essere almeno 1.545 volte la massa di un protone.
ATLAS ha già terminato la caccia di carginos, slepton e quark inferiori più leggeri. E i ricercatori hanno affermato di essere sicuri al 95% di non esistere.
Per alcuni aspetti, la caccia alla materia oscura sembra produrre costantemente risultati nulli, il che può essere deludente. Ma questi fisici rimangono ottimisti.
Questi risultati, hanno affermato in una nota, "pongono forti vincoli su importanti scenari supersimmetrici, che guideranno le future ricerche ATLAS".
Di conseguenza, ATLAS ha ora un nuovo metodo per cacciare la materia oscura e la supersimmetria. Non è ancora successo a trovare alcuna materia oscura o supersimmetria.
