Αναζητώντας σκοτεινά κουάρκ στο CERN

Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη, άγνωστη μορφή ύλης. Το μόνο σίγουρο που ξέρουμε γι αυτή είναι πως αλληλεπιδρά βαρυτικά με την συνηθισμένη ύλη και τον εαυτό της. Η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης είναι αναγκαία γιατί εξαιτίας της, οι πολύ γρήγορα περιστρεφόμενοι γαλαξίες καταφέρνουν να συγκρατούνται και να μην διαλύονται.
Τα σκοτεινά κουάρκ είναι υποθετικά σωματίδια τα οποία έχουν προταθεί από τους θεωρητικούς φυσικούς για να εξηγήσουν την δομή της σκοτεινής ύλης.
Σε μια πρόσφατη δημοσίευση, η ερευνητική ομάδα CMS του CERN περιγράφει την διερεύνηση των δεδομένων του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) με στόχο τον εντοπισμό των σκοτεινών κουάρκ. Παρά το γεγονός ό,τι η αναζήτηση δεν εντόπισε αυτά τα υποθετικά σωματίδια, επέτρεψε στους φυσικούς να φτάσουν πιο κοντά στα σωματίδια από τα οποία μπορεί να προέρχονται τα σκοτεινά κουάρκ.
Μια πειστική θεωρία πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου πρέπει να εξηγεί γιατί οι παρατηρούμενες πυκνότητες μαζών της κανονικής ύλης και της σκοτεινής ύλης είναι παρόμοιες. Αυτό θα μπορούσε να γίνει αν υπήρχαν τα σκοτεινά κουάρκ που αλληλεπιδρούν με τα κοινά κουάρκ διαμέσου ενός σωματιδίου–φορέα.
Εάν τέτοια ενδιάμεσα σωματίδια παράγονται σε ζεύγη σε συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων, κάθε σωματίδιο-μεσολαβητής του ζεύγους θα μετασχηματιζόταν σε ένα κανονικό κουάρκ και ένα σκοτεινό κουάρκ. Έτσι παράγονται πίδακες (jets) σωματιδίων που ονομάζονται αδρόνια και αποτελούνται από κουάρκ και σκοτεινά κουάρκ.
Συνολικά, θα υπήρχαν δύο πίδακες κανονικών αδρονίων που προέρχονται από το σημείο σύγκρουσης και δύο «αναδυόμενοι» πίδακες που θα εμφανίζονταν σε απόσταση από το σημείο σύγκρουσης, επειδή τα σκοτεινά αδρόνια θα χρειάζονταν κάποιο χρόνο για να διασπαστούν σε ορατά σωματίδια.
Στην έρευνά τους, οι φυσικοί του CMS εξέτασαν δεδομένα από τις συγκρούσεις πρωτονίων-πρωτονίων που συλλέχθηκαν στον LHC σε ενέργεια 13 TeV, αναζητώντας «γεγονότα», στα οποία θα μπορούσαν να εμφανιστούν τέτοια ενδιάμεσα σωματίδια και οι αναδυόμενοι σχετικοί πίδακες σωματιδίων. Χρησιμοποίησαν δύο ξεχωριστά χαρακτηριστικά για τον εντοπισμό των ανaδυόμεων πιδάκων μέσα από ένα πλήθος άσχετων γεγονότων υποβάθρου.

Διαγράμματα Feynman για την παραγωγή ζεύγους ενδιάμεσων σωματιδίων (Xd, Xd†), τα οποία στη συνέχεια διασπώνται σε ένα κανονικό και ένα σκοτεινό κουάρκ σύμφωνα με το θεωρητικό μοντέλο BSSW διαμέσου (αριστερά) της σύντηξης γλοιονίων και (δεξιά) διαμέσου της εξαΰλωσης κουάρκ-αντικουάρκ.

Η ερευνητική ομάδα CMS δεν βρήκε ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξη τέτοιων αναδυόμενων πιδάκων, αλλά τα δεδομένα τους επέτρεψαν να αποκλείσουν το εύρος από 400 έως 1250 GeV για την μάζα του υποθετικού σωματιδίου-μεσολαβητή που διανύουν αποστάσεις 5 και 225 mm μέχρι να διασπαστούν. Πρόκειται για τα πρώτα αποτελέσματα της έρευνας σχετικά με αυτά τα σωματίδια-μεσολαβητές και τους αντίστοιχους πίδακες.
Αναμένεται με ενδιαφέρον η συνέχεια.

πηγή: https://home.cern/about/updates/2018/08/hunting-dark-quarks

physicsgg.me