Penghancur atom terbesar di dunia mungkin kehilangan materi gelapnya. Tetapi fisikawan mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang seperti apa materi yang hilang itu - jika memang ada.
ATLAS, detektor partikel yang sangat besar di Large Hadron Collider (LHC) yang berbasis di Jenewa, terkenal karena menemukan Higgs boson pada tahun 2012. Sekarang telah bergerak untuk berburu partikel yang lebih eksotis - termasuk teori "supersimetri teoretis" "Partikel, atau partikel mitra untuk semua partikel yang dikenal di alam semesta.
Jika supersimetri itu nyata, beberapa partikel itu dapat menjelaskan materi gelap yang tak terlihat menyebar ke seluruh alam semesta kita. Sekarang, sepasang hasil yang dipresentasikan pada konferensi ATLAS yang berfokus pada bulan Maret telah menawarkan deskripsi yang paling tepat tentang bagaimana partikel-partikel hipotetis itu akan terlihat.
Hal yang tak terlihat
Mari kita mundur.
Materi gelap adalah hal yang tak terlihat yang mungkin membentuk sebagian besar alam semesta. Ada sejumlah alasan untuk mencurigai keberadaannya, meskipun tidak ada yang bisa melihatnya. Tapi ini yang paling jelas: Galaksi ada.
Melihat sekeliling alam semesta kita, para peneliti dapat melihat bahwa galaksi tampaknya tidak cukup masif untuk mengikat diri bersama dengan gravitasi bintang-bintang mereka yang terlihat dan materi biasa lainnya. Jika yang bisa kita lihat adalah semua yang ada di sana, galaksi-galaksi itu akan terpisah. Itu menunjukkan beberapa materi gelap yang tak terlihat terkumpul dalam galaksi dan menyatukannya dengan gravitasi.
Tetapi tidak ada partikel yang diketahui yang dapat menjelaskan jaringan kosmik galaksi. Jadi sebagian besar fisikawan berasumsi ada sesuatu yang lain di luar sana, semacam partikel (atau partikel) yang belum pernah kita lihat, yang membentuk semua materi gelap itu.
Fisikawan eksperimental telah membangun banyak detektor untuk memburu mereka.
Eksperimen-eksperimen ini bekerja dengan cara yang berbeda, tetapi pada dasarnya, banyak yang bisa dilakukan untuk meletakkan sejumlah besar barang di ruangan yang sangat gelap dan menontonnya dengan sangat hati-hati. Akhirnya, menurut teori, beberapa partikel materi gelap akan menggedor sebagian besar benda dan membuatnya berkilauan. Dan tergantung pada sifat barang dan kilau, fisikawan akan mempelajari seperti apa partikel materi gelap itu.
ATLAS mengambil pendekatan sebaliknya, mencari partikel materi gelap di salah satu tempat paling terang di Bumi. LHC adalah mesin yang sangat besar yang menghancurkan partikel bersama dengan kecepatan luar biasa tinggi. Di dalam mil-nya tabung adalah semacam ledakan berkelanjutan partikel baru yang terbentuk dalam tabrakan itu. Ketika ATLAS menemukan boson Higgs, yang dilihatnya adalah sekelompok boson Higgs yang sebenarnya diciptakan oleh LHC.
Beberapa ahli teori berpikir bahwa LHC mungkin juga menciptakan jenis tertentu dari partikel materi gelap: mitra supersimetrik dari partikel yang diketahui. Kata "supersimetri" mengacu pada teori bahwa banyak partikel yang diketahui dalam fisika telah menemukan "pasangan" yang jauh lebih sulit untuk dideteksi. Teori ini belum terbukti, tetapi jika itu benar akan menyederhanakan banyak persamaan berantakan yang saat ini mengatur fisika partikel.
Mungkin juga bahwa partikel supersimetrik dengan sifat yang tepat dapat menjelaskan beberapa atau semua materi gelap yang hilang di alam semesta. Dan jika mereka dibuat di LHC, ATLAS harus bisa membuktikannya.
Perburuan partikel supersimetrik
Tapi ada masalah. Fisikawan semakin yakin bahwa jika partikel-partikel supersimetrik dibuat di LHC, mereka terbang keluar dari detektor sebelum membusuk. Itu masalah, seperti yang dilaporkan Live Science sebelumnya, karena ATLAS tidak secara langsung mendeteksi partikel supersymmetric yang eksotis, tetapi sebaliknya melihat partikel yang lebih umum yang ditransformasikan oleh partikel supersymmetric setelah mereka membusuk ... Jika partikel supersymmetric menembak keluar dari LHC sebelum membusuk, meskipun demikian, maka ATLAS tidak dapat melihat tanda tangan itu. Jadi para peneliti menemukan alternatif kreatif: Berburu, menggunakan statistik dari jutaan tabrakan partikel di LHC, untuk bukti bahwa ada sesuatu yang hilang.
"Kehadiran mereka hanya dapat disimpulkan melalui besarnya momentum transversal yang hilang," kata para peneliti dalam sebuah pernyataan.
Mengukur momentum yang hilang secara akurat adalah tugas yang sulit.
"Dalam lingkungan padat dari banyak tabrakan yang tumpang tindih yang dihasilkan oleh LHC, mungkin sulit untuk memisahkan yang asli dari momentum" palsu, kata para peneliti ...
Sejauh ini, perburuan itu belum menghasilkan apa-apa. Tapi itu informasi yang berguna. Kapan pun percobaan materi gelap tertentu gagal, ia memberi para peneliti informasi tentang seperti apa materi gelap itu. Fisikawan menyebut proses penyempitan ini sebagai "penghambat" materi gelap.
Hasil dua Maret itu, berdasarkan perburuan statistik untuk momentum yang hilang, menunjukkan bahwa jika kandidat dark matter supersimetrik tertentu (disebut chargino, slepton, dan quark bawah supersimetrik) benar-benar ada, mereka harus memiliki karakteristik khusus yang ATLAS belum mengesampingkannya.
Jika model supersimetri saat ini benar, sepasang tolak ukur harus sekurang-kurangnya 447 kali massa proton, dan sepasang slepton minimal harus 746 kali massa proton.
Demikian pula, berdasarkan model saat ini, quark bawah supersymmetric harus setidaknya 1,545 kali massa proton.
ATLAS telah menyelesaikan perburuan untuk produk ringan, slepton, dan quark yang lebih ringan. Dan para peneliti mengatakan mereka 95% yakin bahwa mereka tidak ada.
Dalam beberapa hal, perburuan materi gelap tampaknya terus menghasilkan temuan nol, yang bisa mengecewakan. Tetapi fisikawan ini tetap optimis.
Hasil ini, kata mereka dalam sebuah pernyataan, "menempatkan kendala kuat pada skenario supersymmetric penting, yang akan memandu pencarian ATLAS di masa depan."
Akibatnya, ATLAS sekarang memiliki metode baru untuk berburu materi gelap dan supersimetri. Itu hanya belum terjadi untuk menemukan materi gelap atau supersimetri apa pun.
