Поиск источника темной материи является одним из ключевых направлений современной астрономии и бозон Хиггса может стать тем самым ключом.
Подтверждение открытия бозона Хиггса пришло к нам в 2012 году спустя десятки лет поиска. Теоретически предсказанный в 1960-х годах и экспериментально подтвержденный в Большом адронном коллайдере близ Женевы, Швейцария, бозон Хиггса в конечном итоге привел к присуждению Нобелевской премии по физике Питеру Хиггсу и Франсуа Энглеру.
Как мы уже знаем, частица Хиггса является посредником поля Хиггса, которое придает всей материи массу. Открытие бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере стало «недостающим элементом» стандартной модели физики. Стандартная модель определяет наше понимание квантового мира. Своего рода это книга рецептов, которая позволяет нам понять, как субатомные частицы и силы взаимодействуют в маленьких масштабах.
Однако, несмотря на то, что Стандартная модель работает для большинства наших задач, это не всеобъемлющая модель. В частности, стандартная модель не включает гравитацию - очевидно очень важное упущение. Кроме того, стандартная модель не предсказывает источник таинственной темной материи - факт, который становится все более спорным в наши дни.
Космологические исследования прогнозируют, что 84,5 процентов Вселенной состоит из темной материи, которая может иметь силу гравитации и не взаимодействует с электромагнитной силой. Этот тип материи, известный как не-барионная материя, не может быть увиден, но его последствия становятся очевидными, например, при наблюдении за гравитационными эффектами в скоплениях галактик. Мы можем быть в этом уверены, но мы просто не можем ее увидеть и поэтому, не может понять в полной мере ее природу.
Существует множество теорий, предполагающие различные экзотические источники темной материи, но новая модель, выдвинутая группой ученых, возглавляемая физиком-теоретиком частиц Кристофером Петерсоном из Технологического университета Чалмерса в Швеции, будет проверена при перезапуске Большого адронного коллайдера этой весной.
Петерсон предполагает, что бозон Хиггса может распадаться. Этот распад определяется суперсимметрией. Суперсимметрия предсказывает, что существуют более массивные «супер партнеры» известных частиц, которые существуют вне рамок Стандартной модели. Хотя уже были намеки этих суперсимметричных частиц, окончательные данные наблюдений было очень трудно отследить.
Детекторы Большого адронного коллайдера напрямую не «видели» бозон Хиггса при его обнаружении. Детекторы ATLAS и CMS за бесчисленные миллиарды столкновений частиц медленно создали картину частиц после столкновений, которые выбрасывали энергию, вырабатываемую при столкновении протонов, вращающихся в противоположных направлениях. Из этой энергии столкновения частиц появлялись бозоны Хиггса, быстро распадавшиеся на другие частицы, которые детекторы могли бы измерить, например, мюоны (более массивный двоюродный брат электрона). Эти своего рода «отпечатки пальцев» бозона Хиггса стали доказательством того, что бозоны Хиггса существуют.
Теперь команда Петерсона предположила, что если суперсимметрия является реальной, то бозон Хиггса может иметь другой режим распада, распадаясь в фотоны и частицы темной материи.
"Это мечта для физика-теоретика в области физики частиц. БАК - единственное место, где модель может быть проверена", - сказал Петерсон.