現(xiàn)在已經(jīng)確定了希格斯玻色子，大型強子對撞機的科學家們已經(jīng)把目光投向了一個更加難以捉摸的目標。我們周圍到處都是暗物質(zhì)和暗能量：一種將星系“捆綁”在一起的無形物質(zhì)，但沒有人能夠直接探測到。

芝加哥大學(University of Chicago)物理學教授王連濤(音譯)研究如何在大型粒子加速器(如大型強子對撞機)中找到信號。王連濤教授以及來自芝加哥大學和隸屬于芝加哥大學的費米實驗室科學家們，認為他們可能能夠帶領我們找到蹤跡。

發(fā)表在《物理評論快報上的一篇論文中，他們提出了一種利用潛在粒子略慢的速度跟蹤大型強子對撞機暗物質(zhì)的創(chuàng)新方法。雖然暗物質(zhì)和暗能量占了宇宙的95%以上，但科學家們只從它的影響中知道它存在——就像一個愛搗亂的人，你只能看到它把架子上的東西推開。例如，我們知道暗物質(zhì)的存在，因為我們可以看到重力作用在暗物質(zhì)上，這有助于束縛星系飛離。理論學家認為有一種特殊的暗粒子只偶爾與正常物質(zhì)發(fā)生相互作用，比其他已知粒子更重，壽命更長，壽命可達0.1秒。

研究人員相信，這種粒子在10年內(nèi)會有幾次被大型強子對撞機不斷制造和測量的質(zhì)子碰撞所捕獲。一個特別有趣的可能性是，這些長壽的暗粒子以某種方式與希格斯玻色子耦合，希格斯粒子實際上有可能衰變?yōu)檫@些長壽粒子。唯一的問題是把這些事件從其他事件中分離出來；在27公里的大型強子對撞機中，每秒有超過10億次碰撞，每一次都向四面八方發(fā)射亞原子箔條。王連濤教授、芝加哥大學博士后研究員劉佳和費米實驗室的科學家劉震(現(xiàn)就職于馬里蘭大學)提出了一種新方法來探索這種暗粒子的一個特定方面。

如果它有那么重，它需要能量來產(chǎn)生，所以它的動量不會很大——它的移動速度會比光速慢。這個時間延遲會把它和其他正常粒子區(qū)分開來，科學家只需要調(diào)整系統(tǒng)來尋找產(chǎn)生的粒子，然后比其他物質(zhì)衰變得慢一點。兩者之間差別在十億分之一秒或更小的納米級，但是大型強子對撞機已經(jīng)擁有足夠精密的探測器來捕捉這種差異；新研究使用了上次運行中收集的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該方法應該可以工作，而且作為目前正在進行升級的一部分，探測器將變得更加靈敏。

預計這種方法將使我們對長壽命暗粒子的敏感度提高一個數(shù)量級以上，同時利用在大型強子對撞機上已經(jīng)具備的能力?？茖W家們說，實驗人員已經(jīng)在努力構建這個陷阱：當大型強子對撞機度提高10倍之后，于2021年重新啟動時，所有三個主要的探測器都將實施這個新系統(tǒng)，科學家認為它有很大的發(fā)現(xiàn)潛力。如果粒子在那里，就得想辦法把它挖出來，通常，關鍵是找到要問的問題。

博科園-科學科普｜研究/來自:?芝加哥大學

參考期刊文獻:《物理評論快報》

10.1103/PhysRevLett.122.131801

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