85% מהחומר ביקום הוא מסתורי.
אנחנו לא יודעים ממה הוא עשוי, לכן אנחנו קוראים לו חומר אפל.
אבל אנחנו יודעים שהוא שם כי אנחנו יכולים לראות את ההשפעות הכבידתיות שלו
על גלקסיות ועצמים שמימיים אחרים.
עדיין לא הצלחנו לצפות ישירות בחומר אפל,
אבל מדענים משערים שאולי נוכל ליצור אותו
במאיץ החלקיקים החזק ביותר בעולם.
זה מרסק ההדרונים הגדול שאורכו 27 קילומטר, או LHC,
בז'נבה, שוייץ.
אז איך זה יעבוד?
ב LHC, שתי אלומות פרוטונים נעות בכיוונים שונים
ומואצות קרוב למהירות האור.
בארבע נקודות התנגשות, האלומות חוצות ופרוטונים מתרסקים אחד בשני.
פרוטונים עשויים מחלקיקים הרבה יותר קטנים שנקראים קווארקים וגלואונים.
ברוב ההתנגשויות הרגילות, שני הפרוטונים עוברים אחד דרך השני
ללא תוצאה משמעותית.
עם זאת, בבערך אחת למליון התנגשויות,
שני רכיבים פוגעים אחד בשני בכזו אלימות,
שרוב אנרגיית ההתנגשןת משתחררת,
ומייצרת אלפי חלקיקים חדשים.
בהתנגשויות האלה יכולים להיווצר חלקיקים מאוד כבדים,
כמו החומר האפל התאורטי.
נקודות ההתנגשות מוקפות בגלאים
שמכילים בערך 100 מליון חיישנים.
כמו מצלמות תלת מימד עצומות,
הן אוספות מידע על החלקיקים החדשים האלה,
כולל הכיוון שלהם,
המטען החשמלי,
והאנרגיה.
ברגע שהמידע מעובד, המחשבים יכולים לתאר התנגשות כתמונה.
כל קו הוא מסלול של חלקיק אחר,
וסוגים שונים של חלקיקים מקבלים קוד צבע שונה.
מידע מהגלאים מאפשר למדענים לקבוע
מהו כל חלקיק,
דברים כמו פוטונים ואלקטרונים.
עכשיו, הגלאים מצלמים בערך מיליארד התנגשויות האלו כל שניה
כדי למצוא סימנים של חלקיקים מסיביים מאוד נדירים.
כדי להוסיף לקושי,
החלקיקים שאנחנו מחפשים אולי לא יציבים
ודועכים לחלקיקים יותר מוכרים לפני שהם מגיעים לגלאים.
קחו לדוגמה, את בוזון היגס,
חלקיק ששיערו את קיומו שנים רבות, אך נצפה רק ב 2012.
הסיכויים שהתנגשות מסויימת תייצר בוזון היגס היא בערך אחת ל 10 מיליארד,
והוא מתקיים רק חלקיק זעיר של שניה
לפני שהוא דועך.
אבל מדענים פיתחו מודלים תאורטיים כדי להגיד לנו מה לחפש.
עבור ההיגס, הם חשבו שהוא לפעמים ידעך לשני פוטונים.
אז הם בחנו תחילה רק את הארועים בעלי האנרגיה הגבוהה
שכוללים שני פוטונים.
אבל היתה בזה בעיה.
יש אינטראקציות רבות מספור בין חלקיקים
שיכולות לייצר שני פוטונים אקראיים.
אז איך מפרידים בין ההיגס לכל השאר?
התשובה היא מאסה.
המידע שנאסף על ידי הגלאים מאפשר למדענים ללכת צעד אחורה
ולקבוע את המאסה של מה שיצר את שני הפוטונים.
הם שמים את ערך המאסה על הגרף
ואז חוזרים על התהליך לכל ארוע עם שני פוטונים.
רוב הארועים האלה הם רק קליטה אקראית של פוטונים,
מה שמדענים קוראים לו ארועי רקע.
אבל כשבוזון היגס מיוצר ודועך לשני פוטונים,
המאסה תמיד מגיעה לאותו ערך.
לכן הסימן לבוזון היגס
יהיה בליטה קטנה מעל הרקע.
זה לוקח מיליארדי תצפויות לפני שבליטה קטנה כזו יכולה להופיע,
והתוצאה נחשבת למשמעותית רק
אם הבליטה הופכת למשמעותית יותר גבוהה מהרקע.
במקרה של בוזון היגס,
המדענים ב LHC הודיעו על התוצאה פורצת הדרך
כשהיה סיכוי של אחד ל 3 מליון
שהבליטה יכולה להופיע מטעות סטטיסטית.
אז חזרה לחומר האפל.
אם לקרני הפרוטונים של ה LHC יש מספיק אנרגיה כדי לייצר אותו,
זו כנראה התרחשות אפילו יותר נדירה מבוזון היגס.
אז נדרשים קוודריליונים של התנגשויות משולבות עם מודלים תאורטיים
כדי אפילו להתחיל לחפש.
זה מה שה LHC עושה כרגע.
על ידי ייצור של הרים של מידע,
אנחנו מקווים לגלות יותר בליטות קטנות בגרפים
שיספקו לנו עדויות לעוד חלקיק לא ידוע, כמו חומר אפל.
או אולי מה שנמצא לא יהיה חומר אפל,
אלא משהו אחר
שינסח מחדש את ההבנה שלנו על איך בכלל היקום עובד.
זה חלק מהכיף בנקודה הזו.
אין לנו מושג מה נגלה.