Mohly by nám odhalit temný sektor vesmíru temné Higgsovy bosony?  
Fyzici už zjistili, že s nimi při odhalování těch největších tajemství vesmír moc nespolupracuje. Zoufalí vědci teď hledají nové cesty, jak vytěžit něco zajímavého z Velkého hadronového srážeče LHC.
Fyzici pátrají po skrytém sektoru. Kredit: CERN.
Fyzici pátrají po skrytém sektoru. Kredit: CERN.

Nejmocnější a také nejdražší stroj na Zemi, Velký hadronový srážeč LHC v CERNu, sice vystopoval Higgsův boson, ale zatím selhal při hledání nových částic nebo alespoň nějakých stop, které by vedly vědce za Standardní model, ke skvělé a zářivé nové fyzice. Podle některých názorů ale vlastně LHC už takové nové a tolik hledané částice ve svých ultimátních srážkách produkuje. Jenom je zatím nevidíme.

 

David Curtin. Kredit: University of Maryland.
David Curtin. Kredit: University of Maryland.

Podle fyzika Davida Curtina z Marylandské univerzity je vtip v tom, že LHC teoreticky může vyrábět částice, které jsou zcela neviditelné a rozpadají se v nějaké vzdálenosti od místa srážky, možná pár milimetrů, možná mnoho kilometrů. A které by nás mohly navést blíže k odpovědím na ty největší záhady soudobé fyziky.


Takové částice, pokud existují, by byly dlouhověké. Délka jejich existence totiž v takovém případě dalece přesahuje poločasy rozpadu částic, na jejichž detekci byl LHC postaven. Jestli velkolepý srážeč takové částice doopravdy vyrábí, tak jim rozpustile utíkají z podzemí a nejspíš se rozprskávají na částice běžné hmoty někde okolními poli a loukami.

 

Experiment MATHUSLA. Kredit: David Curtin & Raman Sundrum.
Experiment MATHUSLA. Kredit: David Curtin & Raman Sundrum.

Curtin a jeho kolegové chtějí tyhle rozpustilé částice dostat. Ve své studii, před časem publikované časopisem Physics Letters B, navrhli nový veliký detektor, jemuž dali jméno MATHUSLA (MAssive Timing Hodoscope for Ultra Stable neutraL pArticles). Detektor MATHUSLA o délce 200 metrů a výšce 20 metrů, by stál právě v polích někde nad LHC, a tam by číhal na tajemné částice.


Detekovat dlouhověké částice není vůbec jednoduché. Nadějným kandidátem na takové částice by podle fyziků mohlo být temné dvojče Higgsova bosonu. Pokud jde o hledání nové fyziky a zodpovídání záludných otázek o částicích, vědci dlouho sázeli na supersymetrie. Jenomže ať LHC sráží částice, jak chce, po supersymetrických partnerech klasických částic není ani stopy. Proto se teď někteří badatelé obracejí ke skrytému sektoru (hidden sector).


Skrytý sektor, to je něco jako svět skrytý uvnitř našeho světa. Pokud existuje, tak by ho měly tvořit částice, které interagují mezi sebou, ale tři základní síly Standardního modelu, tedy silná, slabá a elektromagnetická síla, je nechávají zcela chladnými. Detekovat něco takového je samozřejmě velice obtížné.

 

Podle modelu Zackarii Chacka z Marylandské univerzity, kterému říkají Higgsovo dvojče (Twin Higgs), mají všechny částice, včetně Higgsova bosonu, své protějšky ve skrytém sektoru. Jenomže Higgsovy bosony by mohly mít speciální vlastnost, schopnost opustit sektor Standardního modelu, změnit se ve své skryté dvojče a ztratit se ve skrytém sektoru.

 

Zackaria Chacko. Kredit: UC Davis.
Zackaria Chacko. Kredit: UC Davis.

Zatím nevíme, jestli se tohle děje na LHC. Ve srážkách protonů tam vznikají stovky Higgsových bosonů za hodinu. Detektory jich ale zachytí jen zlomek. Badatelé odhadují, že pokud skrytý sektor existuje, tak v něm může mizet až čtvrtina Higgsových bosonů ze srážek.


Jak by bylo možné objevit částice ze skrytého sektoru? Je možné, že se skryté částice, na které se rozpadne Higgsovo dvojče, po chvíli zase rozpadnou zpátky na částice Standardního modelu. A takové částice by mohl zachytit detektor MATHUSLA, případně další podobný projekt MilliQan (Milli-charged Particle Detector). Druhý zmíněný detektor je menší než MATHUSLA a měl by stopovat přeměny fotonů na temné fotony skrytého sektoru. V takovém případě by se měly v sektoru Standardního modelu objevit částice, které by MilliQan mohl detekovat.

 

V porovnání s dnes již velmi slavnými detektory LHC, jako je ATLAS nebo CMS, z nichž každý obsluhují tisíci lidí, a jejich cena se pohybuje kolem půl miliardy dolarů, jsou MATHUSLA a MilliQan prakticky za hubičku. Detektor MATHUSLA by mohl stát tak asi 1 milion dolarů, MilliQan pár desítek milionů. Oba tyto detektory jsou založené na „archaické“ technologii detekce částic, která pochází již z dob projektu Manhattan. Byla by to velká ironie, kdyby takové „laciné“ mašiny uspěly tam, kde selhaly drahé a sofistikované detektory.

Literatura
Quanta Magazine 26. 9. 2017, Physics Letters B 767: 29-36.

Datum: 15.10.2017
Tisk článku

Temná hmota - Šalev Aner
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 279 Kč
cena: 237 Kč
Temná hmota
Šalev Aner
Související články:

Osvětlí nám temnou hmotu temné záření Slunce?     Autor: Stanislav Mihulka (14.02.2016)
Anihiluje nám temná hmota v centru Mléčné dráhy?     Autor: Stanislav Mihulka (29.03.2016)
Budeme létat skrz červí díry nebo s warpovým pohonem?     Autor: Vladimír Wagner (29.09.2017)



Diskuze:

Ak tomu dobre rozumiem

Milan Závodný,2017-10-17 06:15:52

častice by mali unikať do "skrytého sektoru", no ale tým by predsa porušili zákon zachovania hmoty a energie. ???

Odpovědět

Zjednotenie teórií

Tomáš Habala,2017-10-16 09:14:18

Osobne si myslím, že v Štandardnom modeli vystupujú všetky symetrie, ktorými sa riadi elektromagnetická, silná a slabá sila a preto nevieme vymyslieť experiment, ktorý by štandarný model nevedel popísať. Podľa mňa žiadne nové symetrie, ktoré by generovali nové častice už nie sú. Žiadna supersymetria, žiadni superpartneri. Hladať nové symetrie v týchto troch silách a pridávať nové častice je prístup, ktorý priniesol perfektné výsledky a ľudia by v tom zo zotrvačnosti pokračovali ďalej. Ale to asi nejde do nekonečna. Už som na túto tému čítal články od fyzikov, že nová fyzika bude určite niečo prekvapujúce, teda bude to niečo, čo sme doteraz nerobili. Keby na objavenie novej fyziky stačil doteraz používaný prístup, už by bola objavená.

Bude treba ísť semrom do hĺbky - treba sa pýtať na fundamenty základných teórií. Prečo platia dva vstupné postuláty teórie relativity: teda že maximálna rýchlosť šírenia informácie je pre každého pozorovateľa konštantná a prečo je tvar prírodných zákonov pre každého pozorovateľa rovnaký. V kvantovej mechanike, prečo platí zákon neurčitosti, čo to je kolaps vlnovej funkcie, v štandardnom modeli prečo sú použité práve tie tri základné grupy symetrií SU(3) × SU(2) × U(1). To sú otázky, kde odpoveďou nebudú nové častice a tam v hĺbe môže byť aj zjednotenie resp spolupráca dvoch zákládných teórií.

Odpovědět


Re: Zjednotenie teórií

Jan Děták,2017-10-17 09:27:47

S tím "zákonem neurčitosti" Vás zklamu. Nic takového neexistuje. Jmenuje se to princip neurčitosti, je to matematická vlastnost dvou kanonicky konjugovaných veličin a k odvození stačí lineární algebra.

Odpovědět


Re: Re: Zjednotenie teórií

Tomáš Habala,2017-10-17 16:15:06

Ďakujem za opravu. Mňa by úprimne zaujímalo z akých predpokladov to dokážete odvodiť lineárnou algebrou.

Odpovědět


Re: Re: Re: Zjednotenie teórií

Jan Děták,2017-10-18 09:54:40

Tady je to pěkně odvozené: https://www.quora.com/Is-the-Heisenberg-Uncertainty-Principle-just-a-cop-out-so-physicists-dont-have-to-back-up-their-theory-with-experiment

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Zjednotenie teórií

Tomáš Habala,2017-10-18 15:37:42

Ďakujem, to je celkom dobrý popis, aj keď pre laika by bolo čitateľnejšie niečo na tento spôsob ako toto (odsek Stavový vektor):
https://scholtz.blog.sme.sk/c/255626/V-Teoria-relativity-kvantova-mechanika.html
Ale ten Vami pripnutý popis je dobrý na to, aby človek videl, prečo sa používajú komplexné čísla. Každopádne sa tam vychádza z rovníc, kde sa o pozorovateľných od počiatku predpokladá, že nie sú vyjadrené ich hodnotou ako v klasickej fyzike, ale sú to "average" hodnoty. Čiže neurčitosť sa v tom postupe neobjaví ako dôsledok, ale je tam prítomná od počiatku ako vstupný predpoklad. Zaujímavé by bolo vedieť práve to, že prečo sú "average". Prečo "Boh hraje kocky".

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Zjednotenie teórií

Tomáš Habala,2017-10-18 15:43:04

Kedysi tu prispieval pán Motl, vtedy som sa hopýtal, či teória superstrún poskytuje nejaké vysvetlenie, odkiaľ sa berie tá neurčitosť pozorovateľných, on mi vtedy odpísal, že je to z niečoho hlbšieho ako je teória superstrún. Aj do teórie superstrún vchádza neurčitosť ako daný predpoklad.

Odpovědět

Jak je možné, že vědcům prochází takové plky?

Jan Turoň,2017-10-15 17:11:28

Jak si skrytý sektor poradí s Occhamovou břitvou?

Odpovědět

supersymetrie

Ludvík Urban,2017-10-15 13:13:15

To je pro mne prekvapujici. Jestli si ctenar ma clanek vylozit tak, ze uz se blizi okamzik, kdy "LHC rekne", ze supersymetrie nebyla prokazana.

Svym zpusobem je takovy vysledek celeho skakani okolo LHC mnohem dulezitejsi nez "objev Higgse"...

Odpovědět

Využití LHC.

Vlastislav Výprachtický,2017-10-15 10:49:42

Rozšíření dalšího zkoumání lze směrovat na využití pulzních fotonických polí pro záchyt interakcí částice - energie. Detekci zajistit i s pomocí stlačených vzácných plynů za různých podmínek pro zvýraznění ionizace a následných změn povahy částic. K tomu by měly stačit jen úpravy stávajících detektorů a i dalších co jsou ve vývoji.

Odpovědět

Anton Matejov,2017-10-15 08:56:39

...Proto se teď někteří badatelé obracejí ke skrytému sektoru (hidden sector).
Skrytý sektor, to je něco jako svět skrytý uvnitř našeho světa.
...Takové částice, pokud existují, by byly dlouhověké...
Áno ak existujú častice s krátkym časom existencie, prečo by nemali existovať častice dlhoveké?
Matematická pravdepodobnosť by to mala tiež pripustiť, naznačovať. 95% hmoty a energie nechápeme a ani nevieme z čoho sa skladá.Vieme len že nie je baryonická a prejavuje sa gravitačne. Pomenovali sme to tmava hmota a tmavá energia.
Štandartný model kvantovej fyziky sa teda potvrdil aj experimentálne. Vieme aj z iných oblasti dedukovať, že to nie je úplný popis kvantového sveta. Už dlho nevieme spojiť kvantovu fyziku so všeobecnou teóriou relativity do jednotnej teorie všetkého.
Eisteinová teoria relativity ale platí, o tom sme sa aj naposledy presvedčili aj pri detekcii gravitačných vln pri splynutí čiernych dier.
Kvantovú teoriu sme tiež nespočet krát overovali a overujeme. Kvantová teoria nám ale univerzalnejšie popisuje náš svet a fyziku. Vieme len, že naša matematika vylučuje kombináciu kvantovej teorie a všeobecnej teorie relativity do teórie všetkého.
Pre záujemcov o danú problematiku, celkom dobre popisuje na linkoch:
https://scholtz.blog.sme.sk/c/255626/V-Teoria-relativity-kvantova-mechanika.html
Martin Scholz teoretickí fyzik a učiteľ žijuci v Prahe.
Ale z matematických dôkazov a matematickej logiky existuje niekoľko ilustratívnych príkladov, že náš ľudský jazyk je na opis sveta často nedokonalý a musíme niekedy predpoklad vhodne rozšíriť aby nám matematické dôkazy vyšli s pravdivostnými hodnotami.
Podobne to bolo pri detekcii slnečných neutrín.
Nešlo nám dobre vysvetliť, že nemôžeme detegovať veľký deficit slnečných neutrín, ktoré nám teória predpovedala. Museli sme začať prijímať myšlienky, že neutrína oscilujú. Menia sa časom na iné druhy neutrín. Následkom sme museli prijať, že neutrína majú nejakú aj keď veľmi malú hmotnosť.
Cez problém deficitu neutrín sme dospeli k tomu, že chýbajúca časť neutrín v našom svete sa skrýva premenou do iného typu neutrín, teda osciluje.
Kde sa nám ale do čerta skryla časť antihmoty? Veď vo vakuu vznikajú virtuálne páry častíc a antičastic v rovnakom pomere, ak by tak nebolo neplatila by symetria. Zatiaľ ani v Cerne nevedeli experimentálne odlišiť, detegovať, že existuju vlastnosti napríklad antivodika, ktorý sa správa ináč ako nám známy vodík.
Ak by sa časť antihmoty niekde neskryla, tak by náš vesmír tvoril len veľkú časť fotonov po anihilácii hmoty a antihmoty. Skrytú časť antihmoty nevieme vyriešiť už desaťročia.
Podobné zúfalstvo je aj pri hľadaní zloženia a detekcii tmavej hmoty a tmavej energie. Aj problém že nevieme zjednotiť kvantovu teoriu so všeobecnou teoriou relativity do teorie všetkého nám naznačuje, že niekde musíme rozšíriť naše teorie o zatiaľ pre nás skrytu hmotu, alebo pripustiť iné dimenzie, či multivesmír.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace