Am putea crea materie întunecată? - Rolf Landua

Vizitați pagina noastră de Patreon: https://www.patreon.com/teded

Vizionați lecția întreagă pe: https://ed.ted.com/lessons/could-we-create-dark-matter-rolf-landua

85% din materia din univers e un mister. Nu știm din ce e făcută, încă nu am reușit să o studiem direct, dar oamenii de știință cred că putem să o creăm în Large Hardon Collider, cel mai puternic accelerator de particule din lume. Cum putem face asta? Savantul de la CERN, Rolf Landua ne explică cum descoperim o nouă particulă.

Lecție de Rolf Landua, animație de Lazy Chief.

85% din materia din univers e un mister.

Nu știm din ce e făcută,
de asta e numită materie întunecată.

Dar știm că există deoarece putem
să observăm atracția ei gravitațională

asupra galaxiilor
și a altor obiecte celeste.

Încă nu am reușit să o studiem direct,

dar oamenii de știință cred
că putem să o creăm

în cel mai puternic
accelerator de particule din lume.

Și anume, Large Hardon Collider, sau LHC,
care are 27 de kilometri lungime,

din Geneva, Elveția.

Dar cum funcționează?

În LHC, doi protoni se mișcă
în direcții opuse

aproape cu viteza luminii.

În cele patru puncte de coliziune,
aceștia se lovesc unul de celălalt.

Protonii sunt compuși
din quarci și gluoni.

De cele mai multe ori,
protonii trec unul prin celălalt

fără vreun rezultat.

Totuși, o dată la un milion de coliziuni,

două componente se ciocnesc
atât de violent,

încât o mare parte a energiei
coliziunii e eliberată,

producând astfel mii de particule noi.

Doar prin astfel de coliziuni
pot fi create particulele masive

precum materia întunecată.

Punctele de coliziune sunt înconjurate
de detectoare

care conțin 100 de milioane de senzori.

Exact ca o cameră tridimensională,

acestea strâng informații
despre noile particule,

precum traiectoria,

încărcătura electrică,

și energia lor.

Odată procesate, computerele pot
transforma coliziunea în imagine.

Fiecare linie e traiectoria
unei particule,

iar fiecare tip de particulă
are o anumită culoare.

Aceste date îi ajută pe oamenii de știință
să își dea seama

ce sunt aceste particule,

cum ar fi fotonii și electronii.

Detectoarele fac poze la aproximativ
un miliard de coliziuni pe secundă

pentru a găsi semne ale unor particule
masive extrem de rare.

Pentru a fi și mai dificil,

particulele pe care le căutăm
s-ar putea să fie instabile

și să se descompună în particule
cunoscute înainte de a ajunge la senzori.

De exemplu, bosonul Higgs,

o particulă teoretică
care a fost descoperită în 2012.

Șansele ca o coliziune să producă
bosonul Higgs sunt de una la 10 miliarde,

și durează doar o fracțiune de secundă

înainte de a se descompune.

Însă oamenii de știință au creat
modele teoretice pentru a-i ajuta.

În cazul bosonului Higgs, ei cred
că acesta se descompune în doi fotoni.

De aceea la început au examinat
doar cazurile cu energie imensă

și care includeau doi fotoni.

Dar există o problemă.

Sunt nenumărate interacțiuni
între particule

care pot produce doi fotoni.

Deci cum diferențiem
bosonul Higgs de celelalte?

Răspunsul e masa.

Informația adunată de detectoare
îi ajută pe oamenii de știință

să determine masa elementelor
care au produs cei doi fotoni.

Pun valoarea masei într-un grafic

și apoi repetă acest proces
pentru toate evenimentele cu doi fotoni.

Majoritatea acestor evenimente
sunt doar observații la întâmplare

pe care oamenii de știință le numesc
evenimente de fond.

Dar atunci când un boson Higgs e creat
și se descompune în doi fotoni,

masa are întotdeauna aceeași valoare.

Astfel, indicatorul bosonului Higgs

ar fi o mică protuberanță deasupra
evenimentului de fond.

E nevoie de miliarde de încercări
înainte să apară o astfel de protuberanță,

și rezultatul e considerat important

doar dacă acea protuberanță devine
mult mai înaltă ca evenimentul de fond.

În cazul bosonului Higgs,

oamenii de știință de la LHC
au dezvăluit un rezultat revoluționar

când exista doar o șansă la 3 milioane

ca această protuberanță să apară
din întâmplare.

Să ne întoarcem la materia întunecată.

Dacă protonii LHC
au destulă energie pentru a o produce,

ar fi o întâmplare și mai rară
decât bosonul Higgs.

E nevoie de cvadrilioane de coliziuni
combinate cu modele teoretice

doar pentru a începe căutarea.

Asta are loc acum la LHC.

Prin generarea multor date,

sperăm să găsim mai multe
protuberanțe în grafice

care vor servi ca dovadă a unor particule
necunoscute, cum ar fi materia întunecată.

Poate ce vom găsi
nu va fi materia întunecată,

însă altceva

care va remodela felul
în care înțelegem universul.

Asta e partea distractivă.

Nu știm ce vom descoperi.