Cercetătorii de la CERN pornesc în căutarea misterioaselor particule fantomă

Unii fizicieni suspectează de mult timp că particulele misterioase „fantomatice” din lumea din jurul nostru ar putea să ne ajute să înțelegem mai bine adevărata natură a Universului. Acum, oamenii de știință cred că au găsit o modalitate de a dovedi dacă acestea există sau nu, scrie BBC.

Centrul european de cercetare a particulelor, CERN, a aprobat un experiment conceput pentru a găsi dovezi în acest sens.

Noul instrument va fi de o mie de ori mai sensibil la astfel de particule decât dispozitivele anterioare.

Acesta va lovi particulele de o suprafață dură pentru a le detecta, în loc să le lovească unele de altele, așa cum se întâmplă în cazul dispozitivului principal al CERN, Large Hadron Collider (LHC).

Așadar, ce sunt aceste particule fantomatice și de ce a fost nevoie de o nouă abordare pentru a le detecta?

Teoria actuală a fizicii particulelor se numește Modelul Standard.

Conform acestuia, tot ceea ce există în Univers este alcătuit dintr-o familie de 17 particule – particule bine cunoscute, cum ar fi electronul și bosonul Higgs, precum și cele mai puțin cunoscute, dar minunat denumite quark charm, neutrino tau și gluon.

Unele sunt amestecate în diferite combinații pentru a forma particule mai mari, dar totuși incredibil de mici, care alcătuiesc lumea din jurul nostru, precum și stelele și galaxiile pe care le vedem în spațiu, în timp ce altele sunt implicate în forțele naturii.

Dar există o problemă: astronomii au observat lucruri în ceruri – de exemplu, modul în care se mișcă galaxiile – care sugerează cu tărie că tot ceea ce putem observa constituie doar cinci procente din Univers.

Din ce este format Universul?

O parte sau chiar tot restul Universului ar putea fi alcătuit din particule „fantomă” sau „ascunse”. Se crede că acestea ar fi dubluri fantomatice ale celor 17 particule din modelul standard.

Dacă acestea există, sunt foarte greu de detectat, deoarece interacționează foarte rar cu lumea pe care o cunoaștem. La fel ca fantomele, ele trec direct prin orice și nu pot fi detectate de niciun dispozitiv terestru.

Dar teoria este că particulele fantomă se pot dezintegra, foarte rar, în particule ale Modelului Standard, iar acestea pot fi observate de detectoare. Noul instrument sporește șansele de a detecta aceste dezintegrări prin creșterea considerabilă a numărului de coliziuni.

În loc să ciocnească particule între ele, așa cum fac majoritatea experimentelor actuale, instrumentul „Search for Hidden Particles” (SHiP) le va ciocni într-un bloc mare de material. Acest lucru înseamnă că toate particulele sunt sparte în bucăți mai mici – și nu doar unele dintre ele.

Prof. Andrey Golutvin de la Imperial College din Londra, șeful de proiect, a declarat că experimentul „marchează o nouă eră în căutarea particulelor ascunse”.

„SHiP are posibilitatea unică de a rezolva mai multe dintre problemele majore ale fizicii particulelor și avem perspectiva de a descoperi particule care nu au mai fost văzute până acum”, a spus el.

Vânătoarea de particule fantomă necesită un echipament special adaptat.

În cazul experimentelor obișnuite, folosite de Large Hadron Collider, de exemplu, noile particule pot fi detectate până la un metru de la coliziune. Dar particulele fantomă pot rămâne invizibile și pot călători câteva zeci sau chiar sute de metri înainte de a se dezintegra și de a se dezvălui. Prin urmare, detectoarele SHiP sunt amplasate la o distanță mult mai mare.

„Suntem exploratori”

Profesorul Mitesh Patel de la Imperial College a descris noua abordare ca fiind „ingenioasă”.

„Ceea ce mă atrage cu adevărat la acest experiment este faptul că aceste particule se află chiar sub nasul nostru, dar nu am reușit niciodată să le vedem din cauza modului în care interacționează, sau mai degrabă a modului în care nu interacționează”.

„Suntem exploratori și credem că putem vedea ceva interesant pe acest nou teren. Așadar, trebuie să aruncăm o privire”.

SHiP va fi construit în cadrul instalațiilor existente la CERN, potrivit Dr. Claudia Ahdida, fizician la CERN.

„Ne vom folosi de o cavernă existentă și de o infrastructură și piese pe care vom încerca să le reutilizăm cât mai mult posibil și ceea ce vom avea este o instalație care ne va ajuta să căutăm acest sector ascuns, care nu a mai fost văzut până acum”, a spus ea.

SHiP va funcționa în paralel cu celelalte experimente ale CERN, dintre care cel mai mare este Large Hadron Collider, care caută 95% din Universul neobservat de când a fost finalizat în 2008, la un cost de 3,75 miliarde de lire sterline. Până în prezent, nu a găsit nicio particulă care să nu aparțină modelului standard, așa că se intenționează construirea unui aparat de trei ori mai mare și mult mai puternic.

Costul inițial al acceleratorului circular al viitorului este estimat la 12 miliarde de lire sterline. Data planificată pentru punerea sa în funcțiune este la mijlocul anilor 2040, deși nu va atinge potențialul maxim de căutare a particulelor noi până în 2070.

În schimb, experimentul SHiP este programat să înceapă să caute noi particule în 2030 și va fi de aproximativ o sută de ori mai ieftin, cu un cost estimat la aproximativ 100 de milioane de lire sterline. Dar cercetătorii spun că toate abordările sunt necesare pentru a explora toate opțiunile posibile pentru a găsi particulele care, spun ei, ar duce la una dintre cele mai mari descoperiri în fizică din toate timpurile.