任重而道远:寻找神秘暗物质的关键——超对称粒子

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 Connor Feng • 2019-05-24 15:29:41 来源:前瞻网 E2166G0

世界上最大的原子加速器前一天正在拖累它的暗物质。假如有一天,物理学家们对那此丢失的暗物质有了更清晰的认识(前一天暗物质所处一段话)。

ATLAS是日内瓦大型强子对撞机(LHC)的超大粒子探测器,因2012年发现希格斯玻色子而闻名于世,现在它前一天前一天刚开始英文英文寻找更奇特的粒子——包括理论上的“超对称”粒子,前一天说宇宙中所有已知粒子的伴侣粒子。

前一天超对称粒子是真实所处一段话,越来越其中的许多粒子可不时要解释充斥着宇宙的那此看不见的暗物质。而今年3月,一次以ATLAS为中心的会议宣布了两项研究结果,为许多人 提供了目前对那此假设粒子的最精确描述。

看不见的物质

让许多人 先从头说起。

暗物质是构成宇宙大主次的看不见的物质,尽管越来越人能看过它,但许多人 有要是我理由怀疑它的所处,其中最明显的要是我星系的所处。

环顾许多人 的宇宙,研究人员可不时要看过,就星系上面的可见恒星和许多普通物质来说,星系的质量似乎还匮乏大,并匮乏以维持自身的所处。前一天许多人 能看过的东西要是我星系含有的所有物质一段话,越来越那此星系就会散开来。这表明许多看不见的暗物质聚集在了星系当中,并通过引力将那此星系聚集在了并肩。

假如有一天越来越三种已知的粒子可不时要解释宇宙中的星系网络。假如有一天,大多数物理学家都认为宇宙中的暗物质是由许多人 从未见过的三种粒子(或多种粒子)构成的。

实验物理学家前一天建造了许多探测器来试图捕捉它们。

那此实验以不同的法子进行,但本质上,许多实验要是我把一大块东西上放另4个 多非常暗的房间里,假如有一天对它进行非常仔细的观察。该理论认为,许多暗物质粒子最终会撞击到大块物质中,并使其总出 闪光,而根据物质的性质和发光性质,物理学家将了解暗物质粒子会是那此样子。

但ATLAS采取了相反的法子,它在地球最明亮的地方之一寻找暗物质粒子。大型强子对撞机是另4个 多非常大的机器,它能够以令人难以置信的高速将粒子撞在并肩,在其数英里长的管道内,粒子不断进行碰撞,爆炸出新的粒子。当ATLAS发现希格斯玻色子时,它看过的实际上是一堆由大型强子对撞机创造的希格斯玻色子。

许多理论家认为,大型强子对撞机也前一天创创造创造发明 了特定种类的暗物质粒子:已知粒子的超对称伴侣粒子。“超对称”一词指的是三种理论,该理论认为物理学中许多已知粒子都是尚未发现的“伴侣粒子”,而那此“伴侣粒子”比那此已知粒子更难探测到。這個 理论还越来越得到证实,但前一天它是正确一段话,它前一天复杂目前粒子物理学中许多混乱的方程式。

不过具有正确性质的超对称粒子都是前一天可不时要解释宇宙中主次或全部缺失的暗物质,前一天它们可不时要在大型强子对撞机上制创造创造发明 来一段话,ATLAS应该能够观察到它们。

寻找超对称粒子

但有另4个 多难题。物理学家越来越相信,前一天大型强子对撞机可不时要产生那此超对称粒子一段话,越来越它们在衰变前一天就会飞出探测器。这就成难题了,前一天ATLAS观测器不用说会直接探测奇异的超对称粒子,ATLAS只会观测超对称粒子衰变后变成的常见粒子,然而,前一天超级对称粒子在衰变前就飞出了大型强子对撞机一段话,越来越ATLAS就不用看过這個 粒子。假如有一天,它的研究人员提出了另4个 多创造性的替代方案:利用大型强子对撞机中数百万次粒子碰撞的统计数据进行搜寻,以寻找证据证明缺少了许多许多东西。

研究人员在一份声明中说:“它们的所处必须通过碰撞拖累的横向动量的大小来推断。”

然而,准确测量拖累的动量是一项艰巨的任务。

研究人员说:“在大型强子对撞机产生血块重叠碰撞的密集环境中,太难区分真的动量和‘假’的动量。”

到目前为止,这场搜寻还越来越发现任何线索,但这不用说代表一无所获,每当另4个 多特定的暗物质实验失败时,研究人员就知道暗物质不用像那此,物理学家称這個 缩小范围的过程在“约束”暗物质。

今年3月的这另4个 多结果是基于对动量缺失统计是搜寻结果,它们表明前一天许多潜在超对称暗物质(超带电子、超轻子和超对称底夸克)觉得所处一段话,它们时要具有ATLAS尚未排除的结构。

前一天目前的超对称性模型是正确一段话,一对超带电子的重量时要至少是另4个 多质子质量的447倍,一对超轻子的质量时要至少是另4个 多质子质量的746倍。

同样,根据目前的模型,超对称底夸克的质量至少是质子质量的1545倍。

ATLAS前一天完成了对更轻的超带电子,超轻子和底夸克的寻找,研究人员说,许多人 有95%的信心认为它们不所处。

在许多方面,觉得对暗物质的探索似乎另4个 劲缺少有价值的发现(这多少前一天会令人失望),但那此物理学家仍然保持乐观。

许多人 在一份声明中说,那此结果“对重要的超对称场景有很大的约束作用,这将指导ATLAS 未来的搜索。”

假如有一天,ATLAS现在有了三种寻找暗物质和超对称性的新法子,不过目前还越来越发现任何暗物质或超对称粒子。

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