Donkere materie, waarvan wordt gedacht dat het bijna een kwart van de materie in het universum uitmaakt (maar dat nog moet worden waargenomen), heeft fysici decennia lang verbijsterd. Ze zijn constant op zoek naar iets verrassends dat in experimenten naar voren komt - resultaten die afwijken van het standaardmodel dat de elementaire fysica definieert.

Het is geen wonder dat de wetenschappelijke gemeenschap in rep en roer was toen een experiment bij CERN, bekend als ATLAS, ontdekte in juli 2018 een kleine afwijking in een experiment. Onderzoekers dachten dat ze misschien eindelijk bewijs van nieuwe fysica hadden ontdekt, wat een teken kan zijn van donkere materiedeeltjes. Maar een recente verbetering van de meting door de CMS-samenwerking leverde resultaten op die bijna overeenkomen met de verwachtingen van het standaardmodel. De bevindingen werden gepubliceerd in het januarinummer van de CERN Koerier .

"We wilden een nauwkeuriger resultaat produceren dan ATLAS had, dus verbeterden we de manier waarop we hoeveelheden reconstrueren door een beter correctie-algoritme te gebruiken, en onze resultaten geven aan dat er misschien niet echt een afwijking is geweest, " zei Andreas Jung, een assistent-professor natuurkunde en astronomie aan de Purdue University. "Dit betekent niet dat er hier niets interessants aan de hand is, het betekent alleen dat we nu niet de gegevens hebben om het te bewijzen."

Het standaardmodel legt uit hoe de basisbouwstenen van materie op elkaar inwerken. Het verklaart chemische reacties, radioactief verval, elektrodynamica en meer, maar niet de zwaartekracht of donkere materie. Het is de beste beschrijving van de subatomaire wereld, maar het vertelt niet het hele verhaal.

Het is wat nog moet worden opgenomen in het standaardmodel, of iets dat het tegenspreekt, waar natuurkundigen naar op zoek zijn. Ze gebruiken voornamelijk deeltjesversnellers, door sommigen speels "atom smashers" genoemd, bij deze experimenten.

De Compact Muon Solenoid (CMS) is een van de vier detectoren van 's werelds grootste en krachtigste deeltjesversneller, de Large Hadron Collider. De versneller gebruikt elektromagnetische velden om geladen deeltjes naar relativistische snelheden en hoge energieën te stuwen, bevat ze in balken en laat ze tegen elkaar botsen. Het proces blijft redelijk stabiel gedurende het hele CMS-gegevensverzamelingsproces, maar hoe de informatie van de detector wordt geanalyseerd en verwerkt, wordt voortdurend aangepast.

"De detector heeft gaten, inefficiënties en ontbrekende dekking. Dat moet allemaal worden verantwoord, en het proces daarvoor heet het ontvouwen van gegevens of gegevenscorrectie, "Zei Jung. "We hebben een verbetering van deze ontvouwende methode ontwikkeld die een resultaat oplevert dat minder gevoelig is voor het invoermodel."

Naarmate de methoden voor het interpreteren van gegevens verbeteren, de versneller zelf neemt enige tijd vrij van experimenten voor renovaties. Terwijl natuurkundigen, ingenieurs en technici werken aan het sterker en efficiënter maken van de machine, wetenschappers zullen de ongelooflijke hoeveelheid ongerepte gegevens die tot nu toe zijn verzameld, doorzoeken. Ondanks dat we geen sterke afwijkingen zien van het standaardmodel zoals we dat kennen, Jung blijft hoopvol.

"Sommigen geloven dat er een bemiddelaar is die met donkere materiedeeltjes praat. Als dat het geval is, en het koppelt aan de Higgs, we kunnen het misschien zien in de fysica van top-quarks, " zei hij. "We hebben slechts naar een fractie van de gegevens gekeken die we tot nu toe hebben verzameld. Er kan nog iets zijn."

Mattheus Jones, een universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde aan Purdue, is ook lid van de CMS Samenwerking, die leden van de deeltjesfysica-gemeenschap van over de hele wereld samenbrengt in een zoektocht om de kennis van de mensheid over de basiswetten van ons universum te vergroten. CMS heeft meer dan 4, 000 deeltjesfysici, ingenieurs, computer wetenschappers, technici en studenten van zo'n 200 instituten en universiteiten uit meer dan 40 landen.