Συνδέοντας το μποζόνιο Higgs με την σκοτεινή ύλη

Posted on 31/10/2017

0


Μια νέα θεωρητική εργασία θέτει αυστηρότερους περιορισμούς στις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης που θα μπορούσε να προκύψει σε πειράματα σωματιδιακής φυσικής.

Το μποζόνιο Higgs (ή ακριβέστερα το αντίστοιχο πεδίο Higgs) που βοηθάει στην ερμηνεία του πως τα σωματίδια αποκτούν μάζα, φαίνεται ότι θα μπορούσε να προσφέρει το κλειδί για την κατανόηση της σκοτεινής ύλης, την μορφή της ύλης που μαζί με την σκοτεινή ενέργεια αποτελούν το 95% του περιεχομένου του σύμπαντος.

Κάποια θεωρητικά μοντέλα υποστηρίζουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης αλληλεπιδρούν με τα σωματίδια της συνηθισμένης ύλης μέσω της ανταλλαγής ενός μποζονίου Higgs. Aν αληθεύει κάποιο από αυτά τα θεωρητικά μοντέλα, τότε θα περίμενε κανείς να ανιχνευθούν «υπογραφές» της σκοτεινής ύλης από διάσπαση του μποζονίου Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Mια νέα θεωρητική εργασία αφαιρεί κάποιες αβεβαιότητες από τα μοντέλα αυτά, βελτιώνοντας τα όρια που έχουν τεθεί στον LHC για τα υποψήφια γεγονότα σκοτεινής ύλης.PhysRevLett.119

Αν η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά διαμέσου των μποζονίων Higgs, τότε αυτό θα επηρεάσει – αντιστρέφοντας την οπτική – το πώς διασπώνται τα μποζόνια Higgs. Συγκεκριμένα, κάποιο κλάσμα από τα μποζόνια Higgs που σχηματίζονται στον LHC θα πρέπει να αποσυντίθενται σε σωματίδια σκοτεινής ύλης, τα οποία δεν ανιχνεύονται. Το γεγονός ότι δεν παρατηρήθηκε καμία από αυτές τις «αόρατες διασπάσεις», επιτρέπει στους φυσικούς να θέσουν ένα χαμηλότερο όριο στην πιθανότητα (ή ενεργό διατομή) αλληλεπίδρασης των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης με ένα νουκλεόνιο.
Δυστυχώς στα αντίστοιχα θεωρητικά μοντέλα, τα όρια των ενεργών διατομών, της αλληλεπίδρασης σκοτεινής ύλης διαμέσου του Higgs με την συνηθισμένη ύλη, έχουν μεγάλα σφάλματα. Κι αυτό διότι εξαρτώνται από την σύζευξη του μποζονίου Higgs και των νουκλεονίων με κάτι άγνωστο και αβέβαιο, όπως τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης.

Ο Martin Hoferichter και οι συνεργάτες τους επανεξετάζουν την σύζευξη Higgs-νουκλεονίου. Ενσωματώνουν την πρόσφατη πρόοδο σε υπολογισμούς φαινομενολογίας και υπολογισμούς πλέγματος-QCD, και για πρώτη φορά την σύζευξη του μποζονίου Higgs με δυο νουκλεόνια διαμέσου της ανταλλαγής ρευμάτων πιονίων. Τα όρια της ενεργού διατομής που προκύπτουν παρέχουν ένα αυστηρότερο όριο για τον αποκλεισμό πιθανών υποψηφίων σωματιδίων σκοτεινής ύλης, ιδιαίτερα στο εύρος μαζών από 1 έως 10 GeV, όπου τα πειράματα απευθείας ανίχνευσης είναι λιγότερο ευαίσθητα.

πηγή: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.119.181803