Tume materjali allika otsimine on üks kaasaegse astronoomia võtmevaldkondi ja Higgsi bosoon võib olla võti.
Higgsi bosoni avastamise kinnitus tuli meile 2012. aastal pärast kümneid aastaid kestnud otsingut. Higgsi bosoon, mis teoreetiliselt ennustati 1960. aastatel ja mis on eksperimentaalselt kinnitatud Suur-Hadron Collideri lähedal Genfis, Šveitsis, viis lõpuks Nobeli füüsikapreemia andmise Peter Higgsile ja François Englerile.
Nagu me juba teame, vahendab Higgsi osakesi Higgsi välja, mis annab massile kogu materjali. Higgsi bosoni avastamine Suure Hadroni Collideris sai füüsika standardmudeli „kadunud elemendiks“. Standardmudel määratleb meie arusaama kvantimaailmast. Omamoodi retseptiraamat, mis võimaldab meil mõista, kuidas subatoomilised osakesed ja jõud väikeses ulatuses toimivad.
Kuigi standardmudel töötab enamiku meie ülesannete puhul, ei ole see terviklik mudel. Eelkõige ei hõlma standardmudel raskusastet - ilmselgelt väga olulist tegematajätmist. Lisaks ei ennusta standardmudel salapärase tumeda aine allikat, mis on tänapäeval üha vastuolulisem. Kosmoloogilised uuringud ennustavad, et 84, 5 protsenti universumist koosnevad pimedast ainest, millel võib olla gravitatsioonijõud ja mis ei mõjuta elektromagnetilist jõudu. Seda tüüpi ainet, mida nimetatakse mitte-baryooniliseks aineks, ei saa näha, kuid selle mõju ilmneb näiteks gravitatsiooniefektide jälgimisel galaktikakompleksides. Me võime sellest olla kindel, kuid me lihtsalt ei näe seda ja seetõttu ei saa me selle olemust täielikult mõista.
On palju teooriaid, mis viitavad erinevatele eksootilistele tumedate materjalide allikatele, kuid uut mudelit, mille on välja toonud teadlaste rühm, mida juhib osakeste teoreetik Christopher Peterson, Chalmersi Tehnikaülikoolist Rootsis, katsetatakse, kui Large Hadron Collider taaskäivitub sel kevadel.
Peterson soovitab, et Higgsi bosoon võib laguneda. See lagunemine määratakse supersümmeetria abil. Supersümmeetria ennustab, et teadaolevate osakeste "superpartnerid" on massiivsemad, mis eksisteerivad väljaspool standardmudeli raamistikku. Kuigi nendest supersümmeetrilistest osakestest oli juba vihjeid, oli lõplikke tähelepanekuid väga raske jälgida. Suure Hadron Collideri detektorid ei tuvastanud Higgsi bosooni otseselt selle avastamisel. Arvukate miljardite osakeste kokkupõrgete korral on ATLAS ja CMS detektorid pärast kokkupõrkeid aeglaselt loonud osakeste pildi, mis väljus vastassuunas pöörlevate prootonite kokkupõrgetest tekkinud energia. Sellest osakeste kokkupõrkeenergiast tekkisid Higgsi bosoonid, mis kiiresti lagunesid teistesse osakestesse, mida detektorid võiksid mõõta näiteks muoneid (elektroni suuremat nõbu). Sellised Higgsi bosoni „sõrmejäljed” tõestasid, et Higgsi bosoonid eksisteerivad.
Nüüd on Petersoni meeskond soovitanud, et kui supersümmeetria on reaalne, siis võib Higgsi bosoonil olla erinev lagunemismoodus, lagunedes fotoniteks ja tumedate ainete osakesteks.
"See on unistus teoreetilisele füüsikule osakeste füüsikas. LHC on ainus koht, kus mudelit saab testida," ütles Peterson.
