Från ett Imperial College London-pressmeddelande:
Fysiker säger att de är närmare än någonsin att hitta källan till universumets mystiska mörka materie, efter ett bättre forskningsår än väntat vid Compact Muon Solenoid (CMS) partikeldetektor, en del av Large Hadron Collider (LHC) vid CERN i Genève .
Forskarna har nu genomfört den första fullständiga experimenten som krossar protoner i nästan ljusets hastighet. När dessa subatomära partiklar kolliderar i hjärtat av CMS-detektorn, är de resulterande energierna och densiteterna liknande de som fanns i de första instanserna av universum, omedelbart efter Big Bang för 13,7 miljarder år sedan. De unika förhållandena som skapats av dessa kollisioner kan leda till produktion av nya partiklar som skulle ha funnits i de tidiga ögonblicken och sedan dess försvunnit.
Forskarna säger att de är på god väg att antingen kunna bekräfta eller utesluta en av de primära teorierna som kan lösa många av de enastående frågorna från partikelfysik, känd som Supersymmetry (SUSY). Många hoppas att det kan vara en giltig förlängning för standardmodellen för partikelfysik, som beskriver interaktioner mellan kända subatomiska partiklar med en överraskande precision men inte lyckas integrera allmän relativitet, mörk materia och mörk energi.
Mörk materia är en osynlig substans som vi inte kan upptäcka direkt men vars närvaro härleds från galaxernas rotation. Fysiker tror att den utgör ungefär en fjärdedel av universumets massa medan den vanliga och synliga materien endast utgör cirka 5% av universumets massa. Dess sammansättning är ett mysterium, vilket leder till spännande möjligheter till hittills oupptäckt fysik.
Professor Geoff Hall från fysikdepartementet vid Imperial College London, som arbetar med CMS-experimentet, sa: ”Vi har gjort ett viktigt steg framåt i jakten på mörk materia, även om ingen upptäckt ännu har gjorts. Resultaten har kommit snabbare än vi förväntat oss eftersom LHC och CMS lyckades bättre förra året än vi vågat hoppas och vi är nu mycket optimistiska när det gäller utsikterna att fästa Supersymmetry under de närmaste åren. ”
Energin som frigörs i proton-protonkollisioner i CMS manifesterar sig som partiklar som flyger bort i alla riktningar. De flesta kollisioner producerar kända partiklar, men vid sällsynta tillfällen kan nya produceras, inklusive de som förutses av SUSY - känd som supersymmetriska partiklar eller "spartiklar". Den lättaste spartikeln är en naturlig kandidat för mörk materia eftersom den är stabil och CMS skulle bara 'se' dessa objekt genom frånvaro av sin signal i detektorn, vilket leder till en obalans av energi och fart.
För att söka efter spartiklar letar CMS efter kollisioner som producerar två eller fler högenergi "jets" (massor av partiklar som reser i ungefär samma riktning) och betydande saknad energi.
Dr. Oliver Buchmueller, också från avdelningen för fysik vid Imperial College London, men som är baserad på CERN, sa: ”Vi behöver en god förståelse för de vanliga kollisionerna så att vi kan känna igen de ovanliga när de händer. Sådana kollisioner är sällsynta men kan produceras av känd fysik. Vi undersökte cirka tre biljoner proton-proton-kollisioner och hittade 13 "SUSY-liknande", runt det antal som vi förväntade oss. Även om inga bevis för spartiklar hittades, minskar denna mätning området för sökandet efter mörkt material betydligt. ”
Fysikerna ser nu fram emot 2011-körningen av LHC och CMS, som förväntas få in data som kan bekräfta Supersymmetry som en förklaring till mörk materia.
CMS-experimentet är ett av två allmänna experiment som är utformade för att samla in data från LHC, tillsammans med ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS). Imperials High Energy Physics Group har spelat en viktig roll i utformningen och konstruktionen av CMS och nu arbetar många av medlemmarna med uppdraget att hitta nya partiklar, inklusive den svårfångade Higgs bosonpartikeln (om den finns), och lösa några av naturens mysterier, till exempel där massan kommer ifrån, varför det inte finns någon antimateria i vårt universum och om det finns mer än tre rumsliga dimensioner.
