Большой адронный коллайдер получит новый масштабный детектор MATHUSLA для обнаружения гипотетических частиц с длительным периодом существования.
Коллайдер был построен с целью подтверждения существования бозона Хиггса, предсказанного стандартной моделью физики элементарных частиц. С этой задачей ускоритель успешно справился. Однако вторая цель его работы по поиску новых элементарных частиц и всего, что могло бы выходить за пределы стандартной модели, оказалась гораздо сложнее и до сих пор не отметилась весомыми успехами.
За более чем 10 лет работы коллайдера так и не удалось обнаружить следов явлений и элементарных частиц, которые бы выходили за пределы стандартной модели. По мнению ученых из Европейского центра ядерных исследований (CERN), в этом нет ничего плохого, поскольку эти результаты помогли опровергнуть большое количество альтернативных теорий.
Однако коллайдер, успешный в обнаружении субатомных частиц, имеет один весомый недостаток. Он был разработан с учетом поиска конкретных адронов, большинство из которых имеет электрический заряд и очень малый период существования. Физики предполагают, что существует отдельный вид частиц, которые могут не иметь заряда и существовать гораздо дольше, что позволяет им избегать обнаружения детекторами ускорителя.
После начала работы коллайдера команда ученых и инженеров собралась для устранения этого недостатка. Они взялись за проектирование дополнительного детектора для поиска таких частиц-долгожителей. Новый детектор получил название MATHUSLA в честь библейского персонажа Мафусаила, который, как указывается в библейских текстах, прожил около 900 лет. Название детектора расшифровывается как MAssive Timing Hodoscope for Ultra-Stable neutraL pArticles.
Сейчас MATHUSLA находится на завершающей стадии разработки, а его строительство, при сохранении нынешних объемов финансирования, может начаться уже в 2025 году. Этот детектор будет представлять собой камеру диаметром в 40 метров, заполненную только кислородом в окружении большого количества меньших детекторов. Он будет размещаться примерно в 100 метрах от главного энергетического пучка коллайдера, а пространство между ними будет заполнено грязью и камнями.
Ряд гипотетических частиц может иметь период существования около нескольких сотен наносекунд, что намного дольше, чем у большинства частиц, которые улавливаются коллайдером Если MATHULSA сработает, дополнительный детектор будет ждать, пока одна из этих частиц-долгожителей не попадет в главную камеру. Там она распадется на поток других частиц, а группы датчиков будут искать их характерное излучение.
Такие частицы могли бы помочь физикам лучше понять природу бозона Хиггса, вероятных связанных с ним элементарных частиц и объяснить слабое гравитационное взаимодействие MATHULSA даже может помочь ученым раскрыть сущность таинственной материи.
«Самая маленькая из известных частиц»: физики CERN уловили сигнал топония в Большом адронном коллайдере
Источник: LiveScience
