Nu ze het Higgs-deeltje hebben geïdentificeerd, wetenschappers van de Large Hadron Collider hebben hun zinnen gezet op een nog ongrijpbaarder doelwit.

Overal om ons heen is donkere materie en donkere energie - het onzichtbare spul dat de melkweg samenbindt, maar die niemand direct heeft kunnen ontdekken. "We weten zeker dat er een donkere wereld is, en er zit meer energie in dan in de onze, " zei Lian Tao Wang, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Chicago die bestudeert hoe signalen te vinden in grote deeltjesversnellers zoals de LHC.

Wang, samen met wetenschappers van de universiteit en het aan UChicago gelieerde Fermilab, denken dat ze ons misschien naar zijn sporen kunnen leiden; in een paper gepubliceerd op 3 april in Fysieke beoordelingsbrieven , ze hebben een innovatieve methode ontwikkeld om donkere materie in de LHC te besluipen door gebruik te maken van de iets lagere snelheid van een potentieel deeltje.

Terwijl de donkere wereld meer dan 95 procent van het universum uitmaakt, wetenschappers weten alleen dat het bestaat uit zijn effecten - als een klopgeest die je alleen kunt zien als hij iets van een plank duwt. Bijvoorbeeld, we weten dat er donkere materie is omdat we de zwaartekracht erop kunnen zien werken - het helpt voorkomen dat onze sterrenstelsels uit elkaar vliegen.

Theoretici denken dat er een bepaald soort donker deeltje is dat slechts af en toe interageert met normale materie. Het zou zwaarder zijn en langer meegaan dan andere bekende deeltjes, met een levensduur tot een tiende van een seconde. Een paar keer in een decennium, onderzoekers geloven, dit deeltje kan verstrikt raken in de botsingen van protonen die de LHC voortdurend creëert en meet.

"Een bijzonder interessante mogelijkheid is dat deze langlevende donkere deeltjes op de een of andere manier aan het Higgs-deeltje zijn gekoppeld - dat het Higgs eigenlijk een portaal is naar de donkere wereld, " zei Wang, verwijzend naar het laatste vasthoudende deeltje in de grote theorie van natuurkundigen over hoe het universum werkt, ontdekt bij de LHC in 2012. "Het is mogelijk dat de Higgs daadwerkelijk zou kunnen vervallen tot deze langlevende deeltjes."

Het enige probleem is om deze gebeurtenissen van de rest te onderscheiden; er zijn meer dan een miljard botsingen per seconde in de 27 kilometer lange LHC, en elk van deze zendt subatomair kaf in alle richtingen op.

Wang, UChicago, postdoctoraal onderzoeker Jia Liu en Fermilab-wetenschapper Zhen Liu (nu aan de Universiteit van Maryland) stelden een nieuwe manier van zoeken voor door gebruik te maken van een bepaald aspect van zo'n donker deeltje. "Als het zo zwaar is, het kost energie om te produceren, dus zijn momentum zou niet groot zijn - het zou langzamer bewegen dan de snelheid van het licht, " zei Liu, de eerste auteur van het onderzoek.

Die tijdsvertraging zou het onderscheiden van alle andere normale deeltjes. Wetenschappers zouden het systeem alleen maar moeten aanpassen om te zoeken naar deeltjes die worden geproduceerd en dan iets langzamer vervallen dan al het andere.

Het verschil is in de orde van een nanoseconde - een miljardste van een seconde - of kleiner. Maar de LHC heeft al detectoren die geavanceerd genoeg zijn om dit verschil op te vangen; een recente studie met behulp van gegevens verzameld van de laatste run en vond dat de methode zou moeten werken, plus de detectoren zullen nog gevoeliger worden als onderdeel van de upgrade die momenteel aan de gang is.

"We verwachten dat deze methode onze gevoeligheid voor langlevende donkere deeltjes met meer dan een orde van grootte zal vergroten - terwijl we gebruikmaken van de mogelijkheden die we al hebben bij de LHC, ' zei Liu.

Experimentalisten werken al aan het bouwen van de val:wanneer de LHC in 2021 weer wordt ingeschakeld, na het vertienvoudigen van de helderheid, alle drie de belangrijkste detectoren zullen het nieuwe systeem implementeren, zeiden de wetenschappers. "We denken dat het een groot potentieel heeft voor ontdekking, ' zei Liu.

"Als het deeltje er is, we moeten gewoon een manier vinden om het uit te graven, " zei Wang. "Meestal, de sleutel is het vinden van de vraag om te stellen."