Världens största atomkrossare förlorar kanske sin mörka materia. Men fysiker får en tydligare bild av hur den förlorade mörka materien kan se ut - om den till och med existerar.
ATLAS, detektorn för mycket stora partiklar vid Geneva-baserade Large Hadron Collider (LHC), är mest känd för att upptäcka Higgs-boson tillbaka 2012. Nu har den gått vidare för att jaga efter ännu mer exotiska partiklar - inklusive teoretiska "supersymmetriska "partiklar, eller partnerpartiklar till alla de kända partiklarna i universum.
Om supersymmetri är verklig skulle några av dessa partiklar kunna förklara det osynliga mörka materialet som sprids över vårt universum. Nu har ett par resultat som presenterades vid en ATLAS-fokuserad konferens i mars erbjudit den mest exakta beskrivningen ännu av hur de hypotetiska partiklarna skulle se ut.
Osynlig materia
Låt oss säkerhetskopiera.
Mörk materia är de osynliga saker som kan utgöra större delen av universum. Det finns ett antal skäl att misstänka att det finns, även om ingen kan se det. Men här är den mest uppenbara: galaxer finns.
När vi tittar runt vårt universum kan forskare se att galaxer inte verkar tillräckligt massiva för att binda sig ihop med allvarliga synliga stjärnor och andra vanliga ämnen. Om de saker vi kunde se var allt som finns, skulle galaxerna försvinna. Det tyder på att någon osynlig mörk materia är klusterad i galaxer och håller dem samman med dess tyngdkraft.
Men ingen av de kända partiklarna kan förklara galaxernas kosmiska bana. Så de flesta fysiker antar att det finns något annat där ute, någon sorts partikel (eller partiklar) som vi aldrig har sett, som utgör allt det mörka ämnet.
Experimentella fysiker har byggt många detektorer för att jaga dem.
Dessa experiment fungerar på olika sätt, men i själva verket beror många på att lägga en stor bit av saker i ett mycket mörkt rum och titta på det mycket noggrant. Så småningom går teorin, någon partikel av mörk materia kommer att stöta på den stora biten av saker och få den att glitra. Och beroende på beskaffenheten och det glittrande, kommer fysiker att lära sig hur den mörka materiapartikeln såg ut.
ATLAS tar motsatt strategi och letar efter partiklar av mörk materia på en av de ljusaste platserna på jorden. LHC är en mycket stor maskin som krossar partiklar i otroligt hög hastighet. Inuti dess mil av rör finns en slags pågående sprängning av nya partiklar som bildas i dessa kollisioner. När ATLAS upptäckte Higgs-bosonen var det en massa Higgs-bosoner som faktiskt skapades av LHC.
En del teoretiker tror att LHC också kan skapa specifika typer av partiklar av mörkt material: supersymmetriska partners för kända partiklar. Ordet "supersymmetri" hänvisar till en teori om att många av de kända partiklarna i fysiken har upptäckt "partners" som är mycket svårare att upptäcka. Denna teori har inte bevisats, men om den var sant skulle den förenkla många av de röriga ekvationerna som för närvarande styr partikelfysiken.
Det är också möjligt att supersymmetriska partiklar med rätt egenskaper kan stå för en del av eller allt det saknade mörka materialet i universum. Och om de tillverkas på LHC bör ATLAS kunna bevisa det.
Jakten på supersymmetriska partiklar
Men det finns ett problem. Fysiker blir alltmer övertygade om att om de supersymmetriska partiklarna tillverkas vid LHC flyger de ut ur detektorn innan de förfaller. Det är ett problem, som Live Science tidigare har rapporterat, eftersom ATLAS inte direkt upptäcker exotiska supersymmetriska partiklar, utan istället ser de vanligare partiklarna som supersymmetriska partiklar förvandlas till efter att de förfaller ... Om supersymmetriska partiklar skjuter ut från LHC innan de förfaller, ATLAS kan dock inte se den signaturen. Så forskarna kom med ett kreativt alternativ: Jakt, med statistik från miljoner partikelkollisioner i LHC, för bevis på att något annat saknas.
"Deras närvaro kan bara slutsas genom storleken på kollisionens saknade tvärgående fart," sade forskarna i ett uttalande.
Att exakt mäta den saknade fart är dock en svår uppgift.
"I den täta miljön med många överlappande kollisioner som genererats av LHC kan det vara svårt att skilja äkta från falska" fart, sa forskarna ...
Hittills har den jakten inte visat något. Men det är användbar information. Varje gång ett visst mörkt materieexperiment misslyckas ger det forskare information om hur mörk materia inte ser ut. Fysiker kallar denna förträngningsprocess "begränsande" mörk materia.
Dessa två marsresultat, baserat på den statistiska jakten på saknad fart, visar att om vissa supersymmetriska mörka materialkandidater (kallad charginos, sleptons och supersymmetriska bottenkvarkar) existerar, måste de ha särskilda egenskaper som ATLAS ännu inte har uteslutit.
Om de nuvarande modellerna för supersymmetri är korrekta måste ett par charginos vara minst 447 gånger massan för en proton, och ett par av sovrum måste vara minst 746 gånger en protons massa.
På liknande sätt, baserat på nuvarande modeller, skulle den supersymmetriska bottenkvarken vara minst 1 545 gånger en protons massa.
ATLAS har redan avslutat jakten på mer lätta charginos, sleptons och bottenkvarkar. Och forskarna sa att de är 95% säkra på att de inte existerar.
I vissa avseenden tycks jakten på mörk materia ständigt ge nollfynd, vilket kan vara en besvikelse. Men dessa fysiker är fortfarande optimistiska.
Dessa resultat, sade de i ett uttalande, "sätter starka begränsningar för viktiga supersymmetriska scenarier, som kommer att leda framtida ATLAS-sökningar."
Som ett resultat har ATLAS nu en ny metod för jakt på mörk materia och supersymmetri. Det har helt enkelt inte hittat någon mörk materia eller supersymmetri än.
