Великий адронний колайдер доповнять детектором MATHUSLA — для пошуку частинок-довгожителів

Великий адронний колайдер отримає новий масштабний детектор MATHUSLA для виявлення гіпотетичних частинок із тривалим періодом існування.

Колайдер був побудований з метою підтвердження існування бозона Гіґґса, передбаченого стандартною моделлю фізики елементарних частинок. З цим завданням прискорювач успішно впорався. Однак друга ціль його роботи з пошуку нових елементарних частинок та усього, що могло б виходити за межі стандартної моделі, виявилась набагато складнішою і досі не відзначилась вагомими успіхами.

За понад 10 років роботи колайдеру так і не вдалось виявити слідів явищ та елементарних частинок, які б виходили за межі стандартної моделі. На думку науковців з Європейського центру ядерних досліджень (CERN), з рештою у цьому не має нічого поганого, оскільки ці результати допомогли спростувати велику кількість альтернативних теорій.

Однак колайдер, успішний у виявленні субатомних частинок, має один вагомий недолік. Він був розроблений з урахуванням пошуку конкретних адронів, більшість з яких має електричний заряд і дуже малий період існування. Фізики припускають, що існує окремий вид частинок, які можуть не мати заряду та існувати набагато довше, що дозволяє їм уникати виявлення детекторами прискорювача.

Після початку роботи колайдера команда науковців та інженерів зібралась для усунення цього недоліку. Вони взялись за проектування додаткового детектора для пошуку таких частинок-довгожителів. Новий детектор отримав назву MATHUSLA на честь біблійного персонажа Мафусаїла, який, я вказується у біблійних текстах, прожив близько 900 років. Назва детектору розшифровується як MAssive Timing Hodoscope for Ultra-Stable neutraL pArticles. 

Наразі MATHUSLA перебуває на завершальній стадії розробки, а його будівництво, за збереження нинішних обсягів фінансування, може початись вже у 2025 році. Цей детектор представлятиме собою камеру діаметром у 40 метрів, заповнену лише киснем в оточенні великої кількості менших детекторів. Він розміщуватиметься приблизно за 100 метрів від головного енергетичного пучка колайдера, а простір між ними буде заповнений грязюкою та камінням.

Низка гіпотетичних часток може мати період існування близько кількох сотень наносекунд, що набагато довше, ніж у більшості частинок, які вловлюються колайдером. Якщо MATHULSA спрацює, додатковий детектор чекатиме, доки одна з цих частинок-довгожителів не потрапить до головної камери. Там вона розпадеться на потік інших частинок, а групи датчиків шукатимуть їхнє характерне випромінювання. 

Такі частинки могли б допомогти фізикам краще зрозуміти природу бозона Гіґґса, ймовірних пов’язаних з ним елементарних частинок та пояснити слабку гравітаційну взаємодію. MATHULSA навіть може допомогти науковцям розкрити сутність таємничої матерії. 

Джерело: LiveScience