Wielki Zderzacz Hadronów w CERN ma wykryć nowe egzotyczne cząstki
Naukowcy z CERN kończą prace nad najnowszym dodatkiem do Wielkiego Zderzacza Hadronów. Jest to detektor MATHUSLA, który potencjalnie może wykryć egzotyczne cząstki długowieczne. Badacze spodziewają się, że eksperyment pozwoli odpowiedzieć na do tej pory nierozstrzygnięte pytania w fizyce cząstek.
MATHUSLA powstaje przy Wielkim Zderzaczu Hadronów
Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) na pograniczu Francji i Szwajcarii to nie tylko największy na świecie akcelerator cząstek, ale również największa maszyna. Jego budowa została ukończona w 2008 roku, a w następnych latach prowadzono kolejne próby zderzania cząstek. Detektory zarejestrowały m.in. bottomonium, odderon i bozon Higgsa. Nie zaobserwowano jednak żadnych nowych cząstek, które nie byłyby przewidziane przez Model Standardowy. Czy wkrótce się to zmieni?
Naukowcy z ośrodka CERN pracują nad kolejnym projektem. MATHUSLA (MAssive Timing Hodoscope for Ultra-Stable neutraL pArticles) to dodatkowy detektor stanowiący rozszerzenie LHC. Jego dziwne imię pochodzi od Matuzalema - postaci biblijnej, która miała żyć 969 lat (miejmy nadzieję, że nie będziemy musieli tyle czekać na uruchomienie projektu). To nie przypadek. Urządzenie ma wykrywać egzotyczne cząstki długowieczne (LLPs), które powstają w zderzeniach LHC. Powstanie tego dodatkowego wykrywacza motywowane jest tym, że cząstki te mogą przedostawać się na powierzchnię i unikać wykrycia przez dotychczas prowadzone eksperymenty - ATLAS, CMS i LHCb.
Jak wynika z nowego artykułu naukowego, projekt MATHUSLA jest już niemal ukończony, a zaangażowanych w niego jest ponad 30 naukowców. Teraz czas obudzić giganta.
Cząstki długowieczne mogą ujawnić wiele tajemnic
MATHUSLA to w większości pustka. Wewnątrz komory o średnicy 40 metrów znajdować się będzie praktycznie samo powietrze otoczone detektorami scyntylacyjnymi (scyntylatory to substancje emitujące światło po pochłonięciu promieniowania jonizującego). Instalacja ma być umieszczona około 100 metrów od głównej wiązki zderzacza, a dzielić je będzie gruba warstw skał i ziemi. Dzięki tej skalnej osłonie MATHUSLA będzie mógł "wykrywać wskaźniki produkcji LLP i czasy życia, które są o jeden do dwóch wielkości ponad całkowitym zasięgiem głównych detektorów LHC" - czytamy w abstrakcie.
Czym są właściwie cząstki długowieczne (LLP)? W fizyce cząstek elementarnych długowieczność to pojęcie względne, ale w tym przypadku chodzi o cząstki, których długość życia wynosi kilka tysięcy nanosekund. To jak wieczność w porównaniu z długością życia większości cząstek badanych w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Jeżeli urządzenie zadziała poprawnie, to jego detektory powinny wykryć te egzotyczne cząstki, które zdążą przedostać się do jego głównej komory. Następnie rozpadną się one na szereg innych cząstek, a wbudowane czujniki zarejestrują emitowane przez nie światło.
Obserwacje dokonane przez MATHUSLA będą mogły rzucić nowe światło na problemy hierarchii, bariogenezy, masy neutrin, a nawet ciemnej materii. Mogą one też ujawnić naturę bozonu Higgsa, co może pozwolić fizykom zrozumieć, dlaczego oddziaływanie grawitacyjne jest tak słabe.
Zobacz również:
Źródło: B. Aitken, C. Alpigiani, J. C. Arteaga-Velázquez et al. (2025). MATHUSLA: An External Long-Lived Particle Detector to Maximize the Discovery Potential of the HL-LHC. 10.48550/arXiv.2504.01999.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 87 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
