Uit een persbericht van Imperial College London:
Natuurkundigen zeggen dat ze dichter dan ooit de bron van de mysterieuze donkere materie van het universum vinden, na een beter dan verwacht jaar onderzoek aan de Compact Muon Solenoid (CMS) -deeltjesdetector, onderdeel van de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN in Genève .
De wetenschappers hebben nu de eerste volledige reeks experimenten uitgevoerd waarbij protonen met bijna de lichtsnelheid tegen elkaar worden geslagen. Wanneer deze subatomaire deeltjes botsen in het hart van de CMS-detector, zijn de resulterende energieën en dichtheden vergelijkbaar met die welke aanwezig waren in de eerste momenten van het heelal, onmiddellijk na de oerknal, zo'n 13,7 miljard jaar geleden. De unieke omstandigheden die door deze botsingen worden gecreëerd, kunnen leiden tot de productie van nieuwe deeltjes die in die vroege tijden zouden hebben bestaan en sindsdien zijn verdwenen.
De onderzoekers zeggen dat ze goed op weg zijn om een van de primaire theorieën te bevestigen of uit te sluiten die veel van de openstaande vragen van de deeltjesfysica zouden kunnen oplossen, bekend als Supersymmetry (SUSY). Velen hopen dat het een geldige uitbreiding zou kunnen zijn voor het standaardmodel van de deeltjesfysica, dat de interacties van bekende subatomaire deeltjes met verbazingwekkende precisie beschrijft, maar geen algemene relativiteit, donkere materie en donkere energie bevat.
Donkere materie is een onzichtbare substantie die we niet direct kunnen detecteren, maar waarvan de aanwezigheid wordt afgeleid uit de rotatie van sterrenstelsels. Natuurkundigen geloven dat het ongeveer een kwart van de massa van het heelal uitmaakt, terwijl de gewone en zichtbare materie slechts ongeveer 5% van de massa van het heelal uitmaakt. De samenstelling ervan is een mysterie dat leidt tot intrigerende mogelijkheden van de tot dusver onontdekte fysica.
Professor Geoff Hall van de afdeling Fysica van het Imperial College London, die werkt aan het CMS-experiment, zei: “We hebben een belangrijke stap voorwaarts gemaakt in de jacht op donkere materie, hoewel er nog geen ontdekking is gedaan. Deze resultaten zijn sneller gekomen dan we hadden verwacht omdat de LHC en CMS vorig jaar beter liepen dan we hadden durven hopen en we zijn nu zeer optimistisch over de vooruitzichten om Supersymmetry de komende jaren vast te pinnen. ”
De energie die vrijkomt bij proton-proton-botsingen in CMS manifesteert zich als deeltjes die in alle richtingen wegvliegen. De meeste botsingen produceren bekende deeltjes, maar in zeldzame gevallen kunnen er nieuwe worden geproduceerd, waaronder die voorspeld door SUSY - bekend als supersymmetrische deeltjes of 'spartikels'. Het lichtste spartikel is een natuurlijke kandidaat voor donkere materie omdat het stabiel is en CMS deze objecten alleen zou 'zien' door het ontbreken van hun signaal in de detector, wat zou leiden tot een onevenwicht tussen energie en momentum.
Om te zoeken naar spartikels, zoekt CMS naar botsingen die twee of meer hoogenergetische 'jets' (trossen deeltjes die in ongeveer dezelfde richting reizen) en significante ontbrekende energie produceren.
Dr. Oliver Buchmueller, ook van het Department of Physics van Imperial College London, maar die is gevestigd aan CERN, zei: “We hebben een goed begrip van de gewone botsingen nodig, zodat we de ongewone botsingen kunnen herkennen wanneer ze zich voordoen. Dergelijke botsingen zijn zeldzaam, maar kunnen worden veroorzaakt door bekende fysica. We onderzochten ongeveer 3 biljoen proton-proton-botsingen en vonden 13 ‘SUSY-achtige’ botsingen, ongeveer het aantal dat we verwachtten. Hoewel er geen bewijs voor spartikels werd gevonden, vernauwt deze meting het gebied voor het zoeken naar donkere materie aanzienlijk. ”
De natuurkundigen kijken nu uit naar de uitvoering van de LHC en CMS in 2011, die naar verwachting gegevens zal opleveren die Supersymmetrie kunnen bevestigen als verklaring voor donkere materie.
Het CMS-experiment is een van de twee experimenten voor algemene doeleinden die zijn ontworpen om gegevens van de LHC te verzamelen, samen met ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS). Imperial's High Energy Physics Group heeft een grote rol gespeeld bij het ontwerp en de constructie van CMS en nu werken veel van de leden aan de missie om nieuwe deeltjes te vinden, waaronder het ongrijpbare Higgs-deeltje (als het bestaat), en om een deel van de mysteries van de natuur, zoals waar massa vandaan komt, waarom er geen antimaterie is in ons heelal en of er meer dan drie ruimtelijke dimensies zijn.
