Ukryte sektory w fizyce cząstek elementarnych
Odkrycie bozonu Higgsa było zaledwie początkiem tej ery, a we wszystkich eksperymentach powstają ogromne ilości danych. Finansowany przez UE projekt FDMLHC (From dark matter to the Large Hadron Collider: A new data-driven era) miał na celu zbadanie, jak nowy, ukryty sektor cząstek mógłby wpływać na rezultaty przyszłych działań eksperymentalnych. Połączono metody oparte na teorii i danych w celu zbadania natury bozonu Higgsa i poszukiwania ciemnej materii. Zespół FDMLHC wykorzystał dane z LHC, aby określić właściwości bozonu Higgsa, i podjął się poszukiwania cząstek ciemnej materii. Choć ciemna materia nie została jak dotąd bezpośrednio wykryta, szacuje się, że mniej więcej od 90 do 99% materii we wszechświecie ma właśnie tę formę. We współpracy z zespołem ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) badacze z projektu FDMLHC przyjrzeli się ukrytemu sektorowi w egzotycznych rozpadach bozonu Higgsa. Bozon Higgsa być może ma kanały rozpadu nieprzewidziane przez model standardowy — teorię opisującą oddziaływania między cząstkami elementarnymi. Brak fizyki modelu niestandardowego w LHC i brak odkrycia słabo oddziałującej masywnej cząstki — jednego z najpopularniejszych kandydatów na ciemną materię — skłoniły badaczy do skoncentrowania się na lekkiej ciemnej materii. Analizy wskazują, że cząstki ciemnej materii o masie poniżej 1 gigaelektronowolta mogą zostać wykryte przy użyciu jonizacji atomowej. Zespół badał kosmologiczne implikacje grawitino — super-partnera grawitonu — dochodząc do wniosku, że skala supersymetrii może być niska i być może mieści się w zasięgu eksperymentów LHC. Opracowano nowe klasy modeli supersymetrycznych, przejawiających dynamiczne naruszenie parzystości R. Modele takie nie tylko upraszczają sprzężenia ad hoc przedstawiane w aktualnych teoriach, ale także przewidują nową i odrębną fenomenologię akceleratora. W publikacjach wyszczególniono aspekty takich teorii, dotyczące budowy modelu, a także przewidywaną fenomenologię LHC. Liczne wyniki projektu FDMLHC miały doniosłe znaczenie same w sobie. Jednak być może jeszcze ważniejsze było wykazanie potencjału nowej techniki. Być może przyszłe eksperymenty wykorzystujące oddziaływanie między cząsteczkami lekkiej ciemnej materii a elektronami atomowymi półprzewodników pozwolą wytworzyć dostrzegalny sygnał.
Słowa kluczowe
Wielki Zderzacz Hadronów, bozon Higgsa, ciemna materia, ATLAS, kanał rozpadu, słabo oddziałujące masywne cząstki, grawitino, supersymetria, naruszenie parzystości R
