Да ли бисмо могли да створимо тамну материју? - Ролф Ландуа (Rolf Landua)

Погледајте нашу страницу на Пантреону: https://www.patreon.com/teded

Погледајте целу лекцију на: https://ed.ted.com/lessons/could-we-create-dark-matter-rolf-landua

Осамдесет пет посто материје у нашем универзуму је тамна материја. Не знамо шта чини тамну материју и још увек је нисмо директно уочили, али научници имају теорије о томе да бисмо заправо могли да је створимо у Великом хадронском сударачу, најснајжнијем сударачу честица на свету. Па, како би то изгледало? Научник из Церна, Ролф Ландуа, објашњава како се открива нова честица.

Лекцију припремио: Ролф Ландуа, анимација: Лејзи Чиф

Осамдесет пет посто материје
у нашем универзуму је мистерија.

Не знамо од чега се састоји,
па је због тога називамо тамном материјом.

Међутим, знамо да постоји јер можемо
да уочимо њено гравитационо привлачење

галаксија и других небеских тела.

Тек треба да директно уочимо
тамну материју,

али научници имају теорије о томе
да бисмо заправо могли да је створимо

у најснајжнијем сударачу честица на свету.

То је Велики хадронски сударач
дуг 27 километара, или LHC,

у Женеви у Швајцарској.

Па, како би то изгледало?

У LHC-у се два протонска снопа
крећу у супротним смеровима

и убрзавају се скоро до брзине светлости.

На четири тачке судара,
снопови се укрштају

и протони ударају једни у друге.

Протоне чине значајно мањи делови
који се зову кваркови и глуони.

Код већине уобичајених судара,
два протона пролазе један кроз другог

без значајног резултата.

Међутим, у отприлике
једном у милион судара,

две компоненте се сударе толико силовито

да се већи део енергије из судара ослобађа

и производи хиљаде нових честица.

Само се у оваквим сударима
веома масивне честице,

попут теоретске тамне материје,
могу произвести.

Тачке судара окружују детектори

који садрже око 100 милиона сензора.

Налик огромним тродимензионалним камерама,

они прикупљају информације
о овим честицама,

укључујући њихову путању,

наелектрисање

и енергију.

Након обраде, компјутери могу
да прикажу судар као слику.

Свака линија је путања различите честице,

а различити типови честица
обележени су различитим бојама.

Подаци из детектора омогућавају
научницима да одреде

шта је свака од ових честица,

ствари као што су протони и електрони.

Е, сад, детектори усликавају
око милијарду ових судара у секунди

да би открили назнаке
изузетно ретких масивних честица.

Да буде још теже,

честице за којима трагамо
могу бити нестабилне

и да се распадну у познатије честице
пре него што стигну до сензора.

Узмите, на пример, Хигсов бозон,

честицу о којој су дуго постојале теорије,
а која је уочена тек 2012. године.

Шанса да одређен судар произведе
Хигсов бозон је једна у 10 милијарди,

а траје само малени део секунде

пре него што се распадне,

али научници су развили теоријске моделе
који су им рекли за чиме да трагају.

За Хигсов бозон су мислили
да ће се некада распасти на два фотона.

Зато су прво испитали
само догађаје са великом енергијом

који су укључивали два фотона.

Међутим, овде постоји проблем.

Постоји бесконачан број
интеракција међу честицама

које могу да произведу
два насумична фотона.

Па, како издвајате Хигсов бозон
од свега осталог?

Одговор је у маси.

Информације које су прикупили детектори

омогућавају научницима
да се врате корак уназад

и одреде масу онога
што је произвело два фотона.

Стављају вредност те масе у графикон

и затим понављају процес
за све догађаје са два фотона.

Велика већина ових догађаја представља
само уочавање насумичних фотона,

а што научници називају
позадинским догађајима.

Али, када се Хигсов бозон произведе
и распадне се на два фотона,

испостави се да је маса увек иста.

Према томе, знак појављивања
Хигсовог бозона

биће мала избочина
која се јавља на врху позадине.

Потребно је неколико милијарди опсервација
пре него што се оваква избочина јави,

а сматра се значајним резултатом

једино ако избочина постане
знатно виша од позадине.

У случају Хигсовог бозона,

научници који раде на LHC-у су објавили
свој револуционарни резултат

када је постојала
тек једна шанса у три милиона

да се избочина јавила
као статистичка случајност.

Па, да се вратимо тамној материји.

Ако LHC-ови протонски зраци имају
довољно енергије да је произведу,

то је вероватно још ређа појава
од Хигсовог бозона.

Тако су потребни трилиони судара
у комбинацији са теоретским моделима

да само почнемо да трагамо за њом.

То је оно што LHC тренутно ради.

Надамо се да ћемо прикупљањем
гомиле података

наћи још мајушних избочина на графиконима,

што ће обезбедити доказе
за још увек непознате честице,

као што је тамна материја.

А можда нећемо открити тамну материју,

већ нешто друго

што ће потпуно преобликовати
наше разумевање

начина функционисања универзума.

То је део забаве у овом тренутку.

Немамо представу о томе шта ћемо наћи.