Ahora que los científicos han encontrado el bosón de Higgs, el Gran Colisionador de Hadrones buscará un objetivo aún más difícil de alcanzar: la materia oscura. Estamos rodeados de materia oscura y energía oscura, sustancias invisibles que unen a las galaxias, pero que no se delatan. El nuevo trabajo describe un método innovador para buscar materia oscura mediante el Gran Colisionador de Hadrones mediante la explotación de la velocidad relativamente lenta de una partícula potencial.
El mundo oscuro de la materia oscura
“Sabemos con certeza que hay un mundo oscuro y que contiene más energía que el nuestro”, dice Lien-Tao Wong, profesor de física en la Universidad de Chicago que estudia la búsqueda de señales en aceleradores de partículas grandes como el LHC. El trabajo fue publicado en Physical Review Letters.
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Aunque el mundo oscuro constituye más del 95% del universo, los científicos conocen su existencia solo por los efectos que tiene, como un poltergeist, que es visible solo si algo se mueve en un estante o cuando una luz parpadea. Por ejemplo, sabemos sobre la existencia de materia oscura porque vemos su efecto gravitacional: ayuda a nuestras galaxias a no separarse.
Los teóricos creen que hay un tipo especial de partícula oscura que puede interactuar periódicamente con la materia ordinaria. Será más pesado y durará más que otras partículas conocidas, hasta una décima de segundo. Según los científicos, varias veces en una década una partícula de este tipo puede quedar atrapada en colisiones de protones en el LHC, que ocurren y se miden constantemente.
"Una posibilidad particularmente interesante es que estas partículas oscuras de larga duración están relacionadas de alguna manera con el bosón de Higgs, que Higgs es en realidad un portal al mundo oscuro", dice Wong, refiriéndose a la última física de partículas descubierta en la gran teoría de cómo funciona el universo. … El bosón de Higgs fue descubierto en el LHC en 2012. "Quizás el Higgs realmente pueda descomponerse en estas partículas de larga duración".
El único problema es separar estos eventos del resto; en el LHC de 27 kilómetros, hay más de mil millones de colisiones por segundo, cada una de las cuales envía un rocío subatómico en todas direcciones.
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Los científicos han propuesto un nuevo método de búsqueda utilizando un aspecto particular de una partícula tan oscura. "Si es tan pesado, requiere energía para producirse, por lo que el impulso no será grande, viajará más lento que la velocidad de la luz", dice Jia Liu, el primer autor del estudio.
Este retraso de tiempo hará que se destaque del resto de partículas. Los científicos solo necesitan modificar el sistema para encontrar las partículas que produce. La diferencia radica en el rango de un nanosegundo, una mil millonésima de segundo, o menos. Pero el LHC ya cuenta con detectores lo suficientemente inteligentes como para detectar esta diferencia; Un estudio reciente que utilizó datos recopilados desde el último lanzamiento del colisionador mostró que este método debería funcionar, además de que los detectores se volverán aún más sensibles con la próxima actualización.
“Esperamos que este método aumente nuestra sensibilidad a las partículas oscuras de larga duración en varios órdenes de magnitud, al tiempo que aprovecha las capacidades que ya tiene el LHC”, dice Liu. Los experimentadores ya están trabajando para crear una trampa. Cuando el LHC se encienda nuevamente en 2021, después de un aumento de 10 veces en la luminosidad, los tres detectores principales estarán equipados con un nuevo sistema.
“Creemos que existe un gran potencial de descubrimiento. Si hay una partícula, tendremos una forma de extraerla.
Ilya Khel
