ხილული მატერია, ყველა ვარსკვლავის და გალაქტიკის ჩათვლით, შეადგენს მთელი სამყაროს მასის მხოლოდ 15%-ს. დანარჩენი 85% შედგენილია ფარული მატერიისგან, რომელიც სრულიად განსხვავდება იმისგან რასაც ვხედავთ და ვეხებით. მიუხედავად გრავიტაციული ეფექტებით მიღებული უტყუარი მტკიცებულებებისა, ჯერ კიდევ უცნობია ფარული მატერიის ბუნება და მისი შემადგენლობა.

თუ ის პრაქტიკულად უხილავია, შესაძლებელია თუ არა გრავიტაციული ეფექტების გამოყენების გარეშე ფარული მატერიის შესწავლა? ამისთვის ფიზიკოსები იყენებენ სამ განსხვავებულ მიდგომას: არაპირდაპირი დაკვირვებები, გალაქტიკების ცენტრებში ფარული მატერიის ანიჰილაციის პროდუქტებს ძიება ასტრონომიული ხელსაწყოებით; პირდაპირი დაკვირვებები, ფარული მატერიის ნაწილაკების ბირთვებზე გაბნევის ძიება ზე-მგრძნობიარე მოწყობილობებით; ფარული მატერიის შექმნა CERN-ის დიდ ადრონულ კოლაიდერში (LHC).

ელემენტარული ნაწილაკების და მათი დაბალ ენერგიებზე ურთიერთქმედების წარმატებულად აღწერის მიუხედავად, ნაწილაკების სტანდარტული მოდელი არ მოიცავს ფარული მატერიის მახასიათებელ ნაწილაკებს. ერთადერთი შესაძლო კანდიდატი, ნეიტრინო, არ გამოდგება ფარული მატერიის დამზერილი თვისებების მოდელირებისათვის. ამ პრობლემის გადასაჭრელად ივარაუდეს, რომ შეიძლებოდა გამოეყენებინათ კიდევ ერთი აღმოჩენილი ნაწილაკი, ჰიგსის ბოზონი, რომელიც შესაძლოა ასრულებს „პორტალის“ როლს ჩვენთვის ცნობილ და ფარული მატერიის ნაწილაკებს შორის.

ATLAS ექსპერიმენტის უკანასკნელი კვლევების თანახმად ჰიგსის ბოზონის დაშლის პროდუქტების დაახლოებით 30% უხილავია. შეუძლიათ თუ არა ჰიგსის ბოზონების ნაწილი დაიშალოს ფარულ მატერიად? ვინაიდან ფარული მატერია არ უთიერთქმედებს დეტექტორებთან პირდაპირ, ფიზიკოსები ეძებენ „უხილავი ნაწილაკების“ კვალს პროტონ-პროტონული დაჯახებების იმპულსის შენახვის კანონში. ფარულ მატერიას, ისევე როგორც ჰიგსის ბოზონს, გააჩნია მასა და ამის გათვალისწინებით ივარაუდეს, რომ ჰიგსის ბოზონს შეუძლია ფარული მატერიის ნაწილაკებად გარდაქმნა. სტანდარტული მოდელის თანახმად, იმ ჰიგსის ბოზონების წილი, რომლებიც იშლებიან უხილავ 4-ნეიტრინულ მდგომარეობებამდე შეადგენს სულ რაღაც 0.1%-ს, რაც უმნიშვნელოა. ამიტომ, თუ ჰიგსის უხილავი დაშლები დაფიქსირდა, ეს იქნება ახალი ფიზიკის არსებობის პირდაპირი მინიშნება და პოტენციური დაკვირვება, რომ ჰიგსი იშლება ფარულ მატერიის ნაწილაკებად.

LHC-ზე ჰიგსის ბოზონების უხილავ ნაწილაკებად დაშლის დამზერის ძირითადი არხია ე. წ. ვექტორული ბოზონების შერწყმის (VBF) ეფექტი. VBF რეაქციებისას წარმოიშვება ნაწილაკების ორი ჭავლი (ჯეტი), რომლებიც უმეტეს შემთხვევაში ATLAS-ის დეტექტორის გასწვრივ არის მიმართული. მაშინ როცა ფარული მატერიის ნაწილაკებით გამოწვეული იმპულსის დანაკარგები ძირითადად უნდა ხდებოდეს ამაჩქარებლის ნაკადის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. სწორედ ეს არის ის უნიკალური მახასიათებელი, რომლის გამოყენებითაც ATLAS-ის მეცნიერებს შეუძლიათ ეფექტის ძიება.

აპრილში გამოქვეყნდა ATLAS კოლაბორაციის მიერ 2015-2018 წლებში LHC-ის მეორე დაკვირვებათა სეზონის (LHC Run 2) განმავლობაში მიღებული VBF რეაქციებით ჰიგსის ფარული მატერიის ნაწილაკებად დაშლის მონაცემების ანალიზი. ამ ახალი კვლევის შედეგად, რომელიც იყენებდა წინა ანალიზებთან შედარებით 75%-ით მეტ მონაცემს, ეფექტი არ იქნა დაფიქსირებული. კვლევა აწესებს უფრო მკაცრ შეზღუდვებს ჰიგსის ბოზონის უხილავ ნაწილაკებად დაშლაზე. ATLAS-მა 95%-იანი სიზუსტით დაასკვნა, რომ LHC-ში წარმოქმნილი ჰიგსის ბოზონების არაუმეტეს 13% შეიძლება გარდაიქმნას უხილავ ნაწილაკებად.

ახალმა შედეგებმა წინ წამოსწიეს ფარული მატერიის პოპულარული კანდიდატის, სუსტად ურთიერთქმედები მასიური ნაწილაკების (WIMP) ძიების საკითხიც. ATLAS-მა დაადო დამატებითი ზღვარი WIMP-ის მინიმალური შესაძლო მასის მნიშვნელობასაც. ფიზიკოსები მომავალშიც აპირებენ გააგრძელონ ფარული მატერიის ძიების ექსპერიმენტების სიზუსტის გაზრდა.

წყარო:

https://atlas.cern/updates/physics-briefing/probing-dark-matter-higgs-boson