15 december 2018

Zweedse onderzoekers gaan spitten in LHC-data op zoek naar ‘mediators’ van donkere materie

Een voorstelling van botsingen van quarks en antiquarks, die een mediator creëren, die vervolgens weer met donkere materie reageert.

Een groep Zweedse natuurkundigen van de Lund Universiteit heeft een techniek ontwikkeld om effectief op zoek te gaan naar signalen van ‘mediators’ – deeltjes die met donkere materie kunnen reageren – in de enorme hoeveelheid data die door ‘s werelds grootste deeltjesversneller, de 27 km grote Large Hadron Collider (LHC) van CERN bij Genève, is verzameld. In de LHC worden protonen tot bijna de lichtsnelheid versneld en als ze dan botsen worden de deeltjes die vervolgens ontstaan vastgelegd. In 2018 is tijdens Run 2 met de LHC 65 inverse femtobarn aan protonenbotsingen geproduceerd, dat zijn pakweg 13 biljoen (!) protonenbotsingen bij een energie van 13 TeV. De Lund groep, waar Caterina Doglioni één van de leden is, komt met een nieuwe manier om de data van die botsingen te analyseren: in plaats van alle informatie van het experiment op te nemen en vervolgens op een later tijdstip te analyseren, wordt veel van de gegevensanalyses in een korte tijd uitgevoerd, zodat een veel kleinere fractie van de gebeurtenis behouden blijft. Op deze manier zijn de onderzoekers in staat om veel meer gebeurtenissen op te nemen en op te slaan, gebeurtenissen die sporen van nieuwe deeltjes kunnen bevatten. De onderzoekers hopen dat tot die nieuwe deeltjes ook ‘mediator’ deeltjes behoren, deeltjes die een soort van link zijn tussen de gewone deeltjes (protonen en hun bouwstenen, de quarks) en deeltjes donkere materie. Tussen gewone materie en donkere materie zou afgezien van de zwaartekracht geen interactie zijn, maar mediators zouden die interactie wel tot stand kunnen brengen. Dat zou er dan zo uitzien (zie ook de afbeelding bovenaan):

q\bar q \to V \to \chi\bar\chi

Zo’n mediator zou volgens dus de verbindende schakel zijn tussen gewone en donkere materie. Met de CMS detector, verbonden aan de LHC, zou in het voorjaar al een signaal van zo’n mediator zijn opgepikt, eentje met een massa van meer dan 4,5 teV (zie de zwarte opgaande lijn in de grafiek hieronder). Statistische betrouwbaarheid van deze waarneming: 2,8 sigma, dus niet iets waar natuurkundigen echt opgewonden van worden.

De verfijnde analyse-technieken van de groep van Doglioni zou het bestaan van zo’n mediator moeten bevestigen. Op dinsdag 23 oktober j.l. eindigden de protonenbotsingen van Run 2 – in december dit jaar start de “Long Shutdown 2 (LS2)”, waarin de LHC gereviseerd wordt en opgekrikt naar een botsingsenergie van 14 TeV, waarna ‘ie in 2021 voor Run 3 weer moet beginnen. In Run 2 is in totaal 160 inverse femtobarn door ATLAS en CMS verzameld, dus voor de Lund groep een enorme hoeveelheid data om in te spitten. Laten we hopen dat het iets oplevert. Bron: Lund Universiteit + A quantum diaries survivor + Francis Naukas.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.