Учені CERN розглянули бозон Хіггса в якості джерела темної матерії

May 15 7:00 2020 Друк цієї статті

Але, незважаючи на такий достаток і на велику кількість проведених у цьому напрямку експериментів, темна матерія поки не була виявлена, а її природа залишається загадкою і на сьогоднішній день. І нещодавно до пошуків приєдналися вчені Європейської організації ядерних досліджень CERN, які за допомогою Великого Адронного Коллайдера перевіряють, чи може бозон Хіггса розпадатися, утворюючи і породжуючи, таким чином, темну матерію.

Нагадаємо нашим читачам, що Великий Адронний Коллайдер дозволяє вченим досліджувати таємниці Всесвіту шляхом зіштовхування потоків частинок, розігнаних до великих швидкостей. Ці частинки, протони, в більшості випадків, руйнуються під впливом енергії зіткнення, породжуючи потоки вторинних частинок, в яких зрідка трапляються вже зовсім екзотичні частки. І це дозволяє вченим вивчити те, що неможливо вивчити ніяким іншим способом і що ніколи не відбувається в природі, природним шляхом.

Одним з головних відкриттів, зроблених на колайдері, стало відкриття у 2012 році бозона Хіггса. Ця частинка, що існувала до цього моменту тільки в теорії, була останньою відсутньою частиною Стандартної моделі фізики елементарних частинок. І, згідно з існуючим теоріям, саме бозон Хіггса відповідає за наявність маси у всіх інших елементарних частинок.

Починаючи з моменту відкриття, вчені використовували бозон Хіггса в якості свого роду "зонда" для більш глибокого проникнення в інші таємниці фізики елементарних частинок. Цей бозон дуже швидко розпадається на інші частинки і деякі з видів вторинних частинок, породжені в ході екзотичних випадків розпаду бозона, не можуть бути зареєстровані існуючим обладнанням.

Зараз вченим відомий тільки один вид розпаду бозона Хіггса, який вписується в рамки Стандартної моделі, в результаті якого виходять чотири "невловимих" частинки-нейтрино. Але ймовірність такого розпаду відома і вона дуже мала, приблизно 0.1 відсотка. І якщо вчені CERN вдасться виявити більшу кількість слідів розпаду бозона на "необнаруживаемые" частинки, які відбуваються з яким-небудь рівнем регулярності, це буде означати, що вчені натрапили на нові невідомі поки частинки, породжені розпадом.

Одним з видів таких нових невідомих частинок, на які розпадається бозон Хіггса, можуть бути і частинки темної матерії. Адже, враховуючи роль бозона у формуванні маси інших частинок, і те, що темна матерія проявляється у нашому світі тільки через її ж масу, існує велика ймовірність того, що бозон Хіггса може взаємодіяти з темною матерією набагато сильніше, ніж рівень взаємодії темної матерії і звичайної баріонної матерії, який, як нам відомо, прагне до нуля.

Висловлена вище ідея стала основою нових досліджень учених експерименту ATLAS, які займалися перевіркою можливості розпаду бозона Хіггса на частинки темної матерії. У цих дослідженнях був проведений аналіз величезного масиву даних, зібраних на колайдері за період з 2015 по 2018 рік. У цьому масиві зібрані дані приблизно про 100 квадрильонах зіткнень. Поки що вченим не вдалося виявити надлишку подій з участю "необнаруживаемых" частинок, всі отримані значення вписуються в рамки процесів, які визначаються Стандартною моделлю.

Дослідники CERN вважають, що навіть при тому, що їм не вдалося виявити зв'язок бозона Хіггса і темною матерією, їх робота є кроком вперед у справі глобальних пошуків темної матерії. В ході цієї роботи вченим вдалося знизити верхню межу ймовірності того, як часто бозон може розпадатися на "необнаруживаемые" частинки, а це, в свою чергу, можна вважати закриттям ще одного "білої плями" у фізиці, в якому можуть ховатися частинки темної матерії. І, зрештою, темна матерія або буде знайдено, або вчені прийдуть до розуміння того, що темної матерії просто не існує і їм потрібно кардинально переглянути всі існуючі моделі і теорії.