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一篇新论文提出了一种利用潜在粒子稍慢的速度在大型强子对撞机中跟踪暗物质的创新方法。
 
既然他们已经发现了希格斯玻色子,LHC的科学家们已经把目光投向了一个更加难以捉摸的目标。我们周围到处都是暗物质和暗能量——将星系捆绑在一起的不可见物质,但没有人能够直接探测到它们。
 
芝加哥大学(University of Chicago)研究如何在大型粒子加速器(如大型强子对撞机)中寻找信号的物理学教授王连涛表示:“我们确信存在一个黑暗世界,其中的能量比我们的要多。”
 
一个隐藏的世界
 
虽然黑暗世界占了宇宙的95%以上,但科学家们只能从它的影响中知道它的存在——就像你只能在它把某个东西从架子上推开时才能看到的捣乱分子一样。例如,我们知道暗物质的存在,因为我们可以看到重力作用在暗物质上,沐鸣app登录这有助于防止我们的星系飞离。
 
理论家们认为有一种特殊的暗粒子只会偶尔与正常物质发生相互作用。它将比其他已知粒子更重,寿命更长,寿命可达0.1秒。研究人员认为,这种粒子在10年内会有几次被大型强子对撞机不断制造和测量的质子对撞所捕获。
 
“一个特别有趣的可能是,这些长寿的黑粒子与希格斯玻色子在一些时尚希格斯实际上是黑暗世界的门户,”王说,他指的是最后一块阵地粒子物理学家的大宇宙是如何工作的理论,发现了2012年在大型强子对撞机。“希格斯粒子有可能真的衰变为这些长寿的粒子。”
 
唯一的问题是把这些事件从其他事件中区分出来;在27公里(16.7英里)的大型强子对撞机中,每秒有超过10亿次碰撞,每一次碰撞都会向四面八方发射亚原子箔条。
 
构建陷阱
 
研究人员提出了一种利用这种暗粒子的一个特定方面进行搜索的新方法。博士后研究员、该研究的第一作者刘佳(音)说:“如果它那么重,它需要消耗能量才能产生,所以它的动量不会很大——它的移动速度会比光速慢。”
 
这个时间延迟会把它和其他正常粒子区分开。科学家们只需要调整系统来寻找产生的粒子,然后比其他任何粒子衰变的速度都要慢一点。
 
这种差别大约是一纳秒——十亿分之一秒或更小。但是大型强子对撞机已经有足够精密的探测器来捕捉这种差异;最近的一项研究使用了从上次运行中收集的数据,发现这种方法应该可以工作,而且作为目前正在进行的升级的一部分,沐鸣app登录探测器将变得更加灵敏。
 
刘说:“我们预计,这种方法将使我们对长寿命暗粒子的敏感度提高一个数量级以上,同时利用我们在大型强子对撞机上已经具备的能力。”
 
科学家们说,实验人员已经在着手构建这个陷阱:当大型强子对撞机在2021年重新启动时,在将其光度提高10倍之后,所有三个主要的探测器都将实施这个新系统。
 
“我们认为它有很大的发现潜力,”刘说。
 
“如果粒子在那里,我们就得想办法把它挖出来,”王说。“通常,关键是找到要问的问题。”