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.

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.

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.

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.