Bagaimana mereka mencari materi gelap di Large Hadron Collider

Materi gelap adalah sesuatu yang lebih sulit dipahami daripada kunci mobil yang hilang, dan lebih misterius daripada ikon yang terbakar di dashboard mobil. Mungkin ada, dan jika demikian, itu terdiri dari sebagian besar materi alam semesta. Ini dapat terdiri dari partikel, dan jika demikian, dan jika para ilmuwan beruntung, maka Large Hadron Collider (LHC) akan dapat membuat beberapa di antaranya. Dalam kasus apa pun, dalam percobaan yang dilakukan pada LHC, orang juga dapat mencari partikel tersebut (walaupun mungkin lebih mudah untuk menemukan kunci mobil).

Pada artikel ini, saya akan mencoba menjawab pertanyaan yang jelas tentang bagaimana para ilmuwan dengan LHC dapat mengamati efek dari partikel baru yang tidak terdeteksi, dan bagaimana mereka bisa mendapatkan bukti bahwa partikel ini benar-benar milik materi gelap.

Detektif: Apakah Anda ingin menarik perhatian saya ke hal lain?
Sherlock Holmes: Pada kecelakaan malam yang aneh dengan seekor anjing.
Detektif: Tapi anjing itu tidak melakukan apa-apa di malam hari.
Sherlock Holmes: Itu aneh.

- A.K. Doyle

Bagaimana eksperimen LHC dapat mendeteksi hal yang tidak terdeteksi?

Eksperimen pada ATLAS LHC dan CMS memang dapat berpartisipasi dalam pencarian materi gelap. Ini tidak seperti mencari kunci, karena dalam percobaan tidak ada yang berharap untuk mendeteksi materi gelap secara langsung. Tapi bagaimanapun, tidak satupun dari mereka yang secara langsung mendeteksi neutrino!

Neutrino dibuat berkali-kali per detik dalam tabrakan proton pada LHC melewati ATLAS dan CMS tanpa menyentuh apa pun dan tidak meninggalkan jejak. Meskipun demikian, ATLAS dan CMS dapat menyimpulkan bahwa neutrino diperoleh - dan mereka dapat menggunakan teknologi yang sama untuk materi gelap. Saya akan menjelaskannya sekarang; dia cukup sederhana. Dan kemudian saya akan menjelaskan hal yang sedikit lebih rumit - bagaimana membedakan materi gelap dari neutrino.

Catatan: ketika saya menulis "tidak terdeteksi", maksud saya "tidak terdeteksi dalam percobaan LHC". Neutrino tidak dapat dideteksi pada LHC, tetapi dapat - dengan kesulitan besar dan probabilitas rendah - dalam eksperimen yang sama sekali berbeda. Wadah air raksasa dilibatkan dalam eksperimen sebesar itu, dan dalam beberapa kasus mereka berhasil mendeteksi hanya beberapa neutrino per bulan! Dengan materi gelap, segala sesuatu bisa serupa; banyak eksperimen dirancang untuk ini.

Prinsip dasarnya adalah hukum kekekalan momentum. Sangat mudah untuk diilustrasikan, terutama jika Anda cukup canggung. Ambil segelas air, dan tuangkan langsung ke lantai di bawah pancuran. Akibatnya, percikan akan muncul. Dalam gbr. Gambar 1 menunjukkan bagaimana air berhamburan ke segala arah dan membentuk pola melingkar di lantai. Adalah penting bahwa ini terjadi ke segala arah. Anda tidak akan pernah melihat percikan air hanya ke kiri, bukan ke kanan. Ini terjadi sebagai akibat dari konservasi momentum.


Fig. 1: konsekuensi dari konservasi momentum. a) percikan air ke segala arah. b) salut meledak ke segala arah. c) Pesawat terbang ke depan, karena turbinnya menggerakkan udara ke belakang. d) ketika ditembakkan dari pistol, peluru itu terbang ke depan, dan pistol itu melempar mundur. e) ejeksi ke bawah menggerakkan roket ke atas.

Anda dapat menemukan banyak contoh di mana peran utama dimainkan oleh hukum kekekalan momentum. Detailnya mungkin berbeda, tetapi prinsip dasarnya tetap sama.




Fig. 2

Dalam gbr. Gambar 2 menunjukkan percobaan yang dapat Anda ulangi sendiri. Mengembang bola, arahkan lehernya ke arah Anda dan lepaskan. Bola akan terbang menjauh dari Anda. Mengapa Karena udara dari bola mengalir ke arah Anda - Anda bahkan dapat merasakannya. Tetapi teman Anda, menonton ini dari ujung ruangan, tidak merasakan udara keluar dan tidak melihatnya. Tetapi jika dia tahu hukum kekekalan momentum, dia bisa berasumsi bahwa udara harus keluar dari bola ke arah Anda - ini adalah satu-satunya alasan mengapa bola stasioner mulai bergerak menjauh dari Anda ketika Anda melepaskannya. Kemampuan untuk berasumsi bahwa Anda memiliki sesuatu yang tidak Anda lihat atau temukan dengan cara apa pun adalah ide utama percobaan.

Tabrakan dua proton pada LHC seperti percikan air di jiwa Anda, hanya sumbu vertikal yang diputar ke horizontal. Tabrakan terjadi di frontal, pada satu sumbu - sebut saja "arah balok", ia bergerak dari kanan ke kiri pada Gambar. 3. Kami akan memanggil dua arah lain, dari atas ke bawah dan tegak lurus terhadap gambar - melintang, atau tegak lurus terhadap arah sinar.


Fig. 3

Setelah tumbukan, puluhan partikel (hadron lain yang diciptakan karena energi tumbukan) muncul dan tersebar, dan mereka sebagian besar terbang ke arah balok. Mereka tidak terlalu menarik bagi kita - mereka sulit diukur, dan mereka tidak akan menjawab pertanyaan fisikawan yang diminati saat ini. Partikel dengan momentum yang sangat kecil juga muncul, yang juga tidak penting bagi kita.

Tetapi kadang-kadang beberapa partikel terbang ke arah melintang dan membawa momentum besar - kita berbicara tentang "momentum melintang" besar mereka. Tetapi hukum kekekalan momentum menunjukkan bahwa karena proton awal tidak memiliki momentum transversal, momentum transversal total semua partikel harus seimbang. Jika satu partikel naik, pasti ada satu atau lebih yang turun. Jika partikel itu terbang ke arah Anda, pasti ada yang terbang menjauh dari Anda.

Contoh klasik tabrakan ditunjukkan pada gambar. 4. Tumbukan proton terjadi di pusat detektor ATLAS, yang mendeteksi dan mengukur jejak partikel yang dihasilkan dari tumbukan. Kemudian jejak-jejak ini digambar di komputer sehingga para ilmuwan bisa melihat ke mana mereka pergi. Sebagian besar partikel tersebar di kiri dan kanan, dan mereka tidak diperlihatkan di sini. Jejak biru menunjukkan lintasan partikel dengan momentum yang sangat kecil. Tetapi dua jejak kuning yang berakhir dengan bintik-bintik kuning menunjukkan partikel dengan energi dan momentum tinggi. Salah satunya adalah elektron yang terbang ke atas. Dan bahkan sebelum kita melanjutkan ke partikel lain, kita sudah tahu dari hukum konservasi bahwa setidaknya satu partikel dengan momentum melintang besar harus terbang ke bawah. Dan ini dia - jejak kuning di bawahnya, yang ternyata anti-elektron, atau positron.


Fig. 4

Namun dalam gambar. 5 Anda dapat melihat tabrakan lain - dari percobaan CMS. Sebuah elektron terbang ke atas di dalamnya, seperti pada Gambar. 4. Tetapi tidak satu partikel pun dengan momentum melintang yang besar terbang turun. Apa yang sedang terjadi


Fig. 5

Kemungkinan besar, sebuah partikel terbang ke bawah, tetapi percobaan itu tidak dapat mendeteksinya. Karena para ilmuwan tahu bahwa:
• CMS tidak dapat mendeteksi neutrino dan antineutrino,
• Elektron dan antineutrino sering terbentuk bersama akibat peluruhan partikel-W,

Adalah wajar untuk mengasumsikan bahwa inilah yang terjadi di sini: elektron CMS yang terdeteksi terbang ke atas, antineutrino terbang ke bawah, yang tidak dapat dideteksi oleh CMS.

Tentu saja, muncul pertanyaan apakah impuls mungkin tidak dipertahankan. Ini sangat tidak mungkin - lihat saja berbagai eksperimen yang dilakukan selama beberapa dekade, termasuk yang dilakukan pada ATLAS dan CMS, dan akan menjadi jelas bahwa semuanya berbicara untuk mempertahankan momentum.

Sejauh ini, semuanya skematis dan pada tingkat kualitatif, tetapi penting untuk memahami bahwa fisikawan dapat membuat pernyataan kuantitatif yang akurat tentang konservasi momentum. Misalnya: jika diketahui bahwa momentum dalam arah melintang awalnya nol sebelum tabrakan, maka Anda dapat mengambil semua momen dari arah melintang, menambahkannya sebagai vektor, dan mengharapkan jumlah mereka berubah menjadi nol.

Dalam tabrakan proton, momentum mereka dalam arah melintang adalah nol. Setelah tabrakan di ATLAS, percobaan mengukur semua partikel yang terdeteksi. Beberapa partikel mengarah ke arah sinar, dan mereka tidak diukur - tetapi mereka tidak memiliki momentum melintang. Bagi sebagian orang, momentum transversal dapat diabaikan. Tetapi bagi sebagian orang, ini bisa menjadi luar biasa. Jika kita menjumlahkan pulsa transversal dan jumlahnya hampir mendekati nol (tidak ada pengukuran yang sempurna), kita dapat menyimpulkan bahwa ATLAS berhasil mendeteksi semua partikel. Tetapi jika jumlahnya jauh dari nol, kita dapat menyimpulkan bahwa ATLAS tidak dapat mendeteksi satu atau lebih partikel dengan momentum melintang. Dapat diketahui partikel - neutrino - atau tidak diketahui, misalnya materi gelap.

Sekarang Anda tahu bahwa jika partikel materi gelap muncul dalam percobaan ATLAS atau CMS, mereka tidak dapat dideteksi. Tetapi para peneliti akan dapat mengasumsikan, dalam kasus ketika jumlah momen transversal adalah nol, bahwa satu atau lebih partikel yang tidak terdeteksi diperoleh.

Tentu saja, hal yang sama terjadi ketika neutrino diciptakan dalam percobaan - dan ini terjadi berkali-kali per detik. Jadi bagaimana LHC mengetahui bahwa ia mendapat sesuatu yang berbeda dari neutrino? Dan bagaimana para ilmuwan dapat memahami bahwa produk baru ini adalah materi gelap?

Bagaimana percobaan LHC membedakan materi gelap dari neutrino?

Pada bagian sebelumnya, saya menjelaskan bagaimana eksperimen ATLAS atau CMS dapat menemukan bahwa dalam salah satu tabrakan proton satu atau lebih partikel muncul melalui percobaan tanpa terdeteksi. Tetapi bagaimana para peneliti dapat mengetahui jika mereka menemukan sesuatu yang baru dan mengejutkan, misalnya, partikel materi gelap dan bukan neutrino biasa yang telah kita kenal selama beberapa dekade? Mengapa tidak mengumpulkan para tersangka yang biasa, alih-alih mengumumkan bahwa seorang penjahat baru telah muncul di kota?

Sederhananya, orang tidak dapat mengatakan jenis partikel tidak terdeteksi apa yang muncul dalam percobaan khusus ini. Juga biasanya tidak diketahui berapa banyak partikel yang muncul. Sebaliknya, informasi dikumpulkan dari sejumlah besar tabrakan. Secara khusus, ini mengikuti dari perbandingan data yang diperoleh dengan prediksi persamaan yang digunakan untuk menggambarkan partikel dan gaya yang dikenal, yang disebut "Model Standar". Saya akan memberi Anda satu contoh bagaimana ini bekerja.

Cara termudah untuk membayangkan bahwa dalam tabrakan proton diciptakan dua neutrino, atau dua partikel materi gelap, atau dua entitas yang tidak terdeteksi. Asumsikan (Gbr. 6) bahwa hanya dua partikel ini yang memiliki momentum melintang yang signifikan (ingat bahwa dalam tabrakan banyak hadron biasanya dihasilkan, tetapi mereka biasanya tersebar ke arah balok, dan momentum transversinya kecil). Maka kita tidak akan melihat apa pun! Sebagai contoh, salah satu partikel ini dapat naik, yang kedua - ke bawah, dengan pulsa yang besarnya sama dan berlawanan arah - seperti halnya dengan elektron dan positron pada Gambar. 4. Tetapi jika kedua partikel tidak terdeteksi, momen transversal dari partikel yang terdeteksi akan terlihat seimbang, dan kami bahkan tidak akan tahu bahwa partikel yang tidak terdeteksi dilahirkan di sana!


Fig. 6

Tapi tidak semuanya hilang. Biasanya dalam tabrakan proton pada kelahiran partikel apa pun dengan momentum melintang yang besar, gluon berenergi tinggi acak juga muncul. Terkadang gluon semacam itu (atau beberapa gluon) terbang ke arah melintang, juga menerima momentum melintang yang besar. Kemudian kita akan melihat sesuatu seperti yang ditunjukkan pada gambar. 7. Peristiwa semacam itu disebut "peristiwa mono-jet", dan ada jet dengan momentum melintang besar (semprotan hadron yang diciptakan oleh gluon), memantul dari "tidak ada", mungkin dari neutrino yang tidak terdeteksi dan anti-neutrino (dari pembusukan Z-partikel).

Bandingkan foto. 6 dan ara. 7: sekarang kita memiliki jet dengan momentum melintang besar yang darinya dua partikel tidak terdeteksi memantul. Karena kita melihat jet, kita menyimpulkan bahwa momentum melintang dari partikel yang diamati tidak seimbang, dan partikel yang tidak terdeteksi dari jenis tertentu lahir.


Fig. 7

Dalam gbr. Gambar 8 menunjukkan tabrakan yang sama seperti pada gambar. 7, hanya arah balok di atasnya tegak lurus terhadap gambar.


Fig. 8

Sekarang contoh nyata dari monojet yang diamati dalam percobaan ATLAS. Pada gambar, arah sinar tegak lurus terhadap gambar.


Fig. 9

Eksperimen ATLAS memiliki struktur bulat dan dilengkapi dengan sensor di beberapa tingkat. Bentrokan terjadi tepat di tengah. Bagian pelacak menunjukkan jalur partikel yang membentuk jet. Di departemen "kalorimeter" (elektromagnetik dan hadron), energi partikel ditandai oleh bintik-bintik hijau dan merah. Harap dicatat bahwa tidak ada jejak atau titik signifikan di tempat lain, yang menyiratkan bahwa momentum transversal total jelas tidak sama dengan nol. Jejak yang mengarah ke atas dan ke kiri memiliki momen lateral yang terlalu sedikit, dan mereka berjalan terlalu dekat dengan arah balok. Para ilmuwan percaya bahwa dalam kasus ini, kemungkinan besar, gluon, neutrino, dan antineutrino diperoleh. Tetapi pada kenyataannya, orang tidak dapat memastikan partikel mana yang diperoleh dalam tabrakan ini.

Model standar memungkinkan dengan akurasi yang cukup baik untuk memprediksi berapa persen dari tabrakan proton kekurangan momentum transversal tertentu yang akan diamati. Ini ditunjukkan dalam gambar. 10. Bagian atas dari bagian biru menunjukkan prediksi Model Standar untuk frekuensi di mana neutrino dengan setidaknya satu jet (terdiri dari beberapa komponen yang ditunjukkan oleh warna yang berbeda akan muncul; biru adalah efek terbesar karena Z-partikel menghasilkan pasangan neutrino / antineutrino: Data ditandai dengan titik-titik hitam, dan kesalahannya vertikal.


Fig. 10. Data dari CMS (titik hitam) dan Prediksi Model Standar (area berwarna). Pada sumbu vertikal - jumlah peristiwa di mana ada kekurangan momentum transversal; pada sumbu horizontal - impuls E _{T yang} ^hilang . Perhatikan seberapa baik data sesuai dengan prediksi. Garis merah - efek yang akan ditinggalkan graviton, menghilang dalam dimensi tambahan - jelas tidak dikonfirmasi. Harap dicatat bahwa grafiknya adalah logaritmik.

Garis merah putus-putus akan dikonfirmasikan dengan adanya graviton yang hilang di dimensi tambahan . Data jelas bertepatan dengan Model Standar dan mengecualikan keberadaan graviton. Juga, data tidak setuju (meskipun tidak begitu jelas) dengan kemungkinan munculnya partikel materi gelap (partikel dengan massa tertentu dan kekuatan interaksi), ditunjukkan oleh garis biru solid. Jika partikel seperti itu muncul, maka 2-3 poin terakhir akan jauh lebih tinggi.

Dalam contoh ini, Anda dapat melihat betapa dinginnya persamaan Model Standar digunakan untuk memprediksi partikel yang diketahui. Mereka memungkinkan kita untuk menentukan seberapa sering kita harus mengharapkan jet memantul dari “tidak ada,” yaitu, dari neutrino yang tidak terdeteksi. Prediksi ini akan bertepatan dengan data jika jenis partikel tidak terdeteksi lainnya tidak muncul dalam tabrakan pada LHC. Dan kami berharap bahwa prediksi tidak akan menjadi kenyataan hanya jika jenis baru partikel tidak terdeteksi muncul di LHC dan / atau neutrino muncul di dalamnya dengan cara yang tidak diketahui oleh kami - misalnya, sebagai akibat dari pembusukan jenis baru partikel tidak stabil.

Ini adalah strategi eksperimen yang umum. Kami memiliki banyak prediksi, banyak dimensi di mana kami memeriksa distribusi momentum transversal yang hilang dalam kelompok besar tabrakan serupa. Jika kita menemukan bahwa prediksi tersebut tidak terpenuhi, maka terjadi sesuatu yang tidak dijelaskan oleh model standar, yaitu, entah partikel tak terdeteksi yang tidak dikenal muncul, atau diketahui (neutrino) tetapi tidak seperti yang kita harapkan.

Penemuan seperti itu akan menunjukkan bahwa Model Standar jelas tidak menggambarkan semua fisika di LHC, dan akan membawa banyak penghargaan bagi para peneliti. Tetapi interpretasinya akan sangat ambigu! Bahkan jika kita menerima partikel materi gelap, itu akan sama sekali tidak terlihat! Kita hanya akan tahu bahwa dalam proses tertentu tiba-tiba partikel yang tidak terdeteksi sering lahir. Transisi dari mereka ke partikel materi gelap tidak masuk akal secara logis.

Bagaimana para ilmuwan dapat membedakan antara berbagai kemungkinan dan akhirnya sampai pada kesimpulan tentang penemuan materi gelap? Itu tidak akan mudah dan mungkin membutuhkan waktu bertahun-tahun, atau bahkan puluhan tahun.

Dua contoh lagi

Tetapi pertama-tama, izinkan saya memberi Anda dua contoh lagi tentang bagaimana materi gelap atau partikel tidak terdeteksi lainnya dapat memanifestasikan diri. Higgs boson yang baru ditemukan kadang-kadang dapat membusuk menjadi materi gelap atau menjadi sesuatu yang tidak terdeteksi. Seperti yang disebut Kerusakan "Higgs 'invisible dalam Model Standar sangat langka, jadi jika ternyata sering terjadi, ini akan menjadi penemuan yang luar biasa! Dan pembusukan seperti itu sudah dicari. Pembusukan Higgs yang tidak terlihat tidak dapat diamati secara langsung, tetapi Higgs sering terdiri dari partikel W, partikel Z, atau pasangan quark tertentu (mengeluarkan jet spesifik yang relatif dekat dengan balok - lihat Gambar 11). Dan mereka sudah dapat diamati, serta kekurangan momentum transversal dari Higgs, yang meluruh menjadi partikel yang tidak terdeteksi. Tetapi, seperti biasa, sinyal seperti itu juga dapat ditemukan dalam Model Standar - ketika partikel Z meluruh menjadi neutrino dan bukannya Higgs meluruh menjadi materi gelap. Mereka dapat dibedakan hanya dengan menghitung jumlah tabrakan jenis ini, dan dengan memeriksa seberapa banyak angka ini melebihi prediksi Model Standar.


Fig. 11. Partikel Higgs (H) dapat muncul bersama dengan dua quark berenergi tinggi, yang masing-masing menghasilkan jet berenergi tinggi (hamburan hadron). Jet yang tidak biasa seperti itu memantul dari Higgs, yang pembusukannya menjadi partikel-partikel yang tidak dapat dideteksi dapat menyebabkan munculnya kekurangan besar momentum transversal. Tetapi sinyal yang sama dapat muncul ketika partikel Z diproduksi sebagai akibat dari tabrakan, yang meluruh menjadi neutrino dan antineutrino.

Contoh lain: dalam banyak varian fisika partikel yang dipertimbangkan oleh para ilmuwan, termasuk, tetapi tidak terbatas pada supersimetri, persamaan memprediksi adanya partikel bermuatan listrik baru yang mampu membusuk menjadi materi gelap. Dalam hal ini, sebagai akibat dari tabrakan proton, penampakan elektron (atau muon) dan anti-elektron (atau antimuon) dan dua partikel materi gelap, yang tetap tidak terdeteksi dan memberikan momen melintang yang hilang, tidak dapat disebut tidak biasa (Gbr. 12).


Fig. 12

Satu-satunya masalah adalah bahwa partikel-partikel terkenal dapat meninggalkan gambar seperti itu. Ketika partikel-W yang bermuatan positif dan antipartikelnya (partikel-W yang bermuatan negatif) terlahir dalam tabrakan, partikel-partikel ini dapat membusuk menjadi sesuatu yang tampak persis seperti ara. 12, hanya alih-alih dua partikel materi gelap mereka akan menghasilkan neutrino dan antineutrino. Satu-satunya cara untuk mendeteksi materi gelap adalah dengan membuat perhitungan. Jika partikel baru dibuat selain W, maka jumlah tumbukan jenis ini akan lebih besar dari yang diharapkan. Sangat menarik bahwa dalam data saat ini dari LHC hanya ada lebih banyak tabrakan dari yang diharapkan - tidak terlalu senang tentang hal ini, tetapi cukup untuk memantau dengan cermat bagaimana LHC mengumpulkan sejumlah besar data.

Ini hanya tiga dari banyak contoh. Bahkan ada lebih banyak ide tentang apa yang bisa menjadi materi gelap daripada ada ahli tentang materi gelap, dan dalam setiap kasus ada banyak pilihan untuk bagaimana materi gelap dapat dibuat di LHC. Oleh karena itu, para peneliti tidak yakin bagaimana mencarinya dalam percobaan - dan mereka sedang mempersiapkan program pencarian yang sangat luas dan beragam agar tidak ketinggalan apa pun.

Bahkan jika partikel tidak terdeteksi baru ditemukan di LHC, apakah itu benar-benar partikel materi gelap?

Bagaimana percobaan pada LHC membuktikan bahwa mereka telah menerima materi gelap? Tidak mungkin. Setidaknya sendiri. Bahkan jika mereka mendapatkan jenis baru dari partikel tidak terdeteksi, mereka harus bekerja sama dengan setidaknya satu percobaan yang dapat memverifikasi apakah itu benar-benar menghasilkan materi gelap (substansi yang kaya akan Alam Semesta). Informasi sederhana tentang keberadaan jenis partikel tertentu tidak membuktikan bahwa partikel inilah yang paling banyak di alam semesta. Ia dapat, seperti neutrino, merupakan bagian kecil dari materi Semesta. Atau tidak sama sekali - jika partikel baru tidak stabil (seperti yang terjadi pada sebagian besar partikel), dan mereka akan hidup cukup lama untuk terbang tanpa diketahui di luar sensor LHC sebelum membusuk, tetapi cukup kecil untuk menghilang dari Semesta tak lama setelah Big Bang .

Singkatnya: bahkan jika kelas baru partikel yang tidak terdeteksi oleh sensor terdeteksi pada LHC, para peneliti tidak akan dapat menentukan berapa banyak partikel ini di Semesta saat ini. TANGKI tidak dimaksudkan untuk ini.

Apa yang harus dilakukan LHC dapat digunakan untuk menentukan beberapa sifat partikel baru, dan membuat asumsi tertentu. Sebagai contoh, pada bagian sebelumnya saya memberi tiga contoh bagaimana menemukan partikel yang tidak terdeteksi. Dalam setiap kasus, partikel diperoleh dengan cara tertentu. Misalnya, jika hanya partikel-partikel ini yang dihasilkan, maka setelah tabrakan jet tunggal diperoleh (Gbr. 8). Jika partikel dilahirkan dari pembusukan Higgs, dua jet berenergi tinggi dari dua quark spesifik diperoleh (Gbr. 11). Jika mereka dihasilkan selama peluruhan partikel bermuatan baru (Gbr. 12), maka ini terjadi di hadapan lepton bermuatan dan antilepton bermuatan (lepton yang terisi adalah elektron, muon atau tau). Jadi, mengamati apa yang menyertai partikel-partikel baru, dan menggali rincian dari momen melintang yang hilang,ilmuwan pada prinsipnya dapat membuat hipotesis sifat partikel baru ini. Mereka dapat diekspresikan melalui persamaan yang dapat digunakan untuk membuat prediksi.

Dan sekarang kita hampir sampai. Jika Anda memiliki hipotesis tentang apa partikel baru itu, Anda dapat bertanya pada diri sendiri - bagaimana materi gelap akan berperilaku jika itu terdiri dari partikel-partikel jenis ini?

Sebagai contoh, orang mungkin bertanya seberapa jarang partikel seperti itu bereaksi dengan materi biasa? Berapa banyak energi yang tersisa setelah interaksi? Mengetahui seberapa banyak materi gelap yang ada di Semesta, seseorang dapat memperkirakan seberapa sering eksperimen bawah tanah seperti LUX, XENON100, CDMS, dll. akan menerima sinyal dari jenis dark matter ini. Mungkin jumlah ini begitu besar sehingga hipotesisnya telah disangkal? Atau apakah itu sangat kecil sehingga mereka belum menerima sinyal seperti itu, tetapi cukup besar untuk menerimanya di masa mendatang?

Pertanyaan lain: apa yang terjadi jika partikel materi gelap ini bertemu di suatu tempat di pusat galaksi kita atau di pusat galaksi kerdil di dekatnya? Bisakah mereka memusnahkan dan menghasilkan partikel yang terlihat, seperti elektron, antielektron, antiproton, foton (mungkin dalam bentuk radiasi gamma atau sinar-x)? Dan orang mungkin bertanya-tanya apakah satelit dan teleskop seperti PAMELA, FERMI-LAT, AMS, dll., Telah menemukan partikel-partikel ini, atau apakah mereka tidak akan segera mendeteksinya?

Hanya jika dan ketika kita mendapatkan informasi yang cukup dari LHC (atau penabrak masa depan) untuk merumuskan hipotesis yang jelas tentang bagaimana partikel baru dapat berperilaku, dan untuk mendapatkan prediksi yang akurat tentang apa yang dapat diharapkan dari eksperimen baru, dan hanya ketika eksperimen baru mengkonfirmasi jika salah satu dari prediksi ini, adalah mungkin untuk secara serius mengatakan bahwa materi gelap ditemukan di LHC.

Mungkinkah ini terjadi, bisakah itu terjadi segera? Tentu saja Tapi, seperti yang Anda lihat, untuk ini kita harus beruntung beberapa kali berturut-turut, jadi, meskipun tidak ada yang mustahil, Anda tidak harus mengharapkan ini segera. Kemungkinan besar, itu akan memakan waktu yang cukup lama, mungkin beberapa dekade. Dan jika materi gelap terdiri dari partikel yang tidak dapat dibuat di LHC, atau tidak terdiri dari partikel sama sekali, atau tidak ada sama sekali - yah, LHC tidak akan memberi tahu kita tentang itu. Dia hanya akan diam tentang ini. Jadi kita tidak kehilangan harapan, para ilmuwan mencari, tetapi ada baiknya mempraktikkan pendekatan lain untuk memecahkan misteri besar alam semesta.