Poszukiwanie źródła ciemnej materii jest jednym z kluczowych obszarów współczesnej astronomii, a kluczem może być bozon Higgsa.
Potwierdzenie odkrycia bozonu Higgsa przyszło do nas w 2012 roku po dziesiątkach lat poszukiwań. Bozon Higgsa, teoretycznie przewidziany w latach 60. i potwierdzony eksperymentalnie w Wielkim Zderzaczu Hadronów w pobliżu Genewy w Szwajcarii, ostatecznie doprowadził do przyznania Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki Peterowi Higgsowi i Françoisowi Englerowi.
Jak już wiemy, cząstka Higgsa pośredniczy w polu Higgsa, co daje masę całej materii. Odkrycie bozonu Higgsa w Wielkim Zderzaczu Hadronów stało się „brakującym elementem” standardowego modelu fizyki. Model standardowy definiuje nasze rozumienie świata kwantowego. Rodzaj książki przepisowej, która pozwala nam zrozumieć, w jaki sposób cząstki subatomowe i siły oddziałują na małą skalę.
Jednak mimo że model standardowy działa dla większości naszych zadań, nie jest to model kompleksowy. W szczególności model standardowy nie obejmuje grawitacji - oczywiście bardzo ważnego pominięcia. Ponadto model standardowy nie przewiduje źródła tajemniczej ciemnej materii - fakt ten staje się dziś coraz bardziej kontrowersyjny. Badania kosmologiczne przewidują, że 84, 5 procent Wszechświata składa się z ciemnej materii, która może mieć siłę grawitacji i nie oddziałuje z siłą elektromagnetyczną. Tego typu materii, znanej jako materia niebarionowa, nie można zobaczyć, ale jej efekty stają się widoczne na przykład podczas obserwacji efektów grawitacyjnych w gromadach galaktyk. Możemy być tego pewni, ale po prostu nie możemy tego zobaczyć i dlatego nie możemy w pełni zrozumieć jego natury.
Istnieje wiele teorii sugerujących różne egzotyczne źródła ciemnej materii, ale nowy model przedstawiony przez grupę naukowców kierowaną przez teoretyka cząstek Christophera Petersona z Chalmers University of Technology w Szwecji zostanie przetestowany, gdy Wielki Zderzacz Hadronów uruchomi się ponownie tej wiosny.
Peterson sugeruje, że bozon Higgsa może ulec rozkładowi. Ten rozpad jest określony przez supersymetrię. Supersymetria przewiduje, że istnieją masywniejsze „superpartnerzy” znanych cząstek, które istnieją poza ramami Modelu Standardowego. Chociaż istniały już wskazówki dotyczące supersymetrycznych cząstek, ostateczne obserwacje były bardzo trudne do śledzenia. Detektory Wielkiego Zderzacza Hadronów nie „bezpośrednio” widziały bozonu Higgsa, gdy został wykryty. Dla niezliczonych miliardów zderzeń cząstek detektory ATLAS i CMS powoli tworzyły obraz cząstek po zderzeniach, które wyrzucały energię generowaną przez zderzenia protonów obracających się w przeciwnych kierunkach. Z tej energii zderzenia cząstek wyłoniły się bozony Higgsa, szybko rozpadające się na inne cząstki, które detektory mogłyby zmierzyć, na przykład miony (bardziej masywny kuzyn elektronu). Tego rodzaju „odciski palców” bozonu Higgsa stały się dowodem na istnienie bozonów Higgsa.
Teraz zespół Petersona zasugerował, że jeśli supersymetria jest rzeczywista, bozon Higgsa może mieć inny tryb rozpadu, rozpadający się na fotony i cząstki ciemnej materii.
„To marzenie fizyka teoretycznego w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych. LHC to jedyne miejsce, w którym model można przetestować” - powiedział Peterson.
