Agora que os cientistas encontraram o bóson de Higgs, o Grande Colisor de Hádrons estará procurando um alvo ainda mais evasivo: a matéria escura. Estamos cercados por matéria escura e energia escura - substâncias invisíveis que ligam as galáxias, mas não se entregam. O novo trabalho descreve um método inovador de busca de matéria escura pelo Large Hadron Collider, explorando a velocidade relativamente lenta de uma partícula potencial.
O mundo escuro da matéria escura
“Nós sabemos com certeza que existe um mundo escuro e que há mais energia nele do que o nosso”, diz Lien-Tao Wong, um professor de física da Universidade de Chicago que está pesquisando a busca de sinais em grandes aceleradores de partículas como o LHC. O trabalho foi publicado na Physical Review Letters.
Embora o mundo escuro constitua mais de 95% do universo, os cientistas só sabem de sua existência pelos efeitos que tem - como um poltergeist, que só é visível se algo se mover em uma prateleira ou quando uma luz piscar. Por exemplo, sabemos sobre a existência de matéria escura porque vemos seu efeito gravitacional - ajuda nossas galáxias a não se separarem.
Os teóricos acreditam que existe um tipo especial de partícula escura que pode interagir periodicamente com a matéria comum. Será mais pesado e durará mais do que outras partículas conhecidas - até um décimo de segundo. Segundo os cientistas, várias vezes em uma década essa partícula pode ser pega em colisões de prótons no LHC, que ocorrem e são medidas constantemente.
“Uma possibilidade particularmente interessante é que essas partículas escuras de vida longa estão de alguma forma relacionadas ao bóson de Higgs - que o Higgs é na verdade um portal para o mundo escuro”, diz Wong, referindo-se à última partícula que os físicos descobriram na grande teoria de como o universo funciona. … O bóson de Higgs foi descoberto no LHC em 2012. "Talvez o Higgs possa realmente se decompor nessas partículas de vida longa."
O único problema é separar esses eventos do resto; no lhc de 27 quilômetros, há mais de um bilhão de colisões por segundo, cada uma delas emitindo spray subatômico em todas as direções.
Vídeo promocional:
Os cientistas propuseram um novo método de pesquisa usando um aspecto particular de tal partícula escura. “Se for tão pesado, requer energia para ser produzido, então o impulso não será grande - ele viajará mais devagar do que a velocidade da luz”, disse Jia Liu, o primeiro autor do estudo.
Este retardo de tempo o fará se destacar do resto das partículas. Os cientistas precisam apenas ajustar o sistema para encontrar as partículas que ele produz. A diferença está na faixa de um nanossegundo - um bilionésimo de segundo - ou menos. Mas o LHC já tem detectores inteligentes o suficiente para detectar essa diferença; um estudo recente usando dados coletados no último lançamento do colisor mostrou que esse método deve funcionar, além de que os detectores se tornarão ainda mais sensíveis com a próxima atualização.
“Esperamos que esse método aumente nossa sensibilidade a partículas escuras de vida longa em várias ordens de magnitude - enquanto aproveita os recursos que o LHC já possui”, diz Liu. Os experimentadores já estão trabalhando na criação de uma armadilha. Quando o LHC ligar novamente em 2021, após um aumento de 10 vezes na luminosidade, todos os três detectores principais serão equipados com um novo sistema.
“Achamos que existe um grande potencial de descoberta. Se houver uma partícula, teremos uma maneira de extraí-la."
Ilya Khel
