Aus einer Pressemitteilung des Imperial College London:
Physiker sagen, dass sie der Quelle der mysteriösen Dunklen Materie des Universums näher denn je sind, nachdem ein Jahr besser als erwartet am Teilchendetektor Compact Muon Solenoid (CMS) geforscht wurde, der Teil des Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf ist .
Die Wissenschaftler haben jetzt den ersten vollständigen Versuchslauf durchgeführt, bei dem Protonen fast mit Lichtgeschwindigkeit zusammenschmettern. Wenn diese subatomaren Teilchen im Herzen des CMS-Detektors kollidieren, ähneln die resultierenden Energien und Dichten denen, die in den ersten Augenblicken des Universums, unmittelbar nach dem Urknall vor etwa 13,7 Milliarden Jahren, vorhanden waren. Die einzigartigen Bedingungen, die durch diese Kollisionen geschaffen werden, können zur Produktion neuer Teilchen führen, die in diesen frühen Augenblicken existiert haben und seitdem verschwunden sind.
Die Forscher sagen, dass sie auf dem besten Weg sind, eine der Primärtheorien, die als Supersymmetrie (SUSY) bekannt ist, zu bestätigen oder auszuschließen, die viele der noch offenen Fragen der Teilchenphysik lösen könnte. Viele hoffen, dass es eine gültige Erweiterung für das Standardmodell der Teilchenphysik sein könnte, das die Wechselwirkungen bekannter subatomarer Teilchen mit erstaunlicher Präzision beschreibt, aber die Allgemeine Relativitätstheorie, Dunkle Materie und Dunkle Energie nicht berücksichtigt.
In der Teilchenphysik ist Supersymmetrie eine Symmetrie, die Elementarteilchen eines Spins mit anderen Teilchen in Beziehung setzt, die sich um eine halbe Spineinheit unterscheiden und als Superpartner bekannt sind. In einer Theorie mit ungebrochener Supersymmetrie existiert für jede Bosonenart eine entsprechende Fermionart mit gleicher Masse und gleichen inneren Quantenzahlen und umgekehrt.
Dunkle Materie ist eine unsichtbare Substanz, die wir nicht direkt nachweisen können, deren Vorhandensein jedoch aus der Rotation von Galaxien abgeleitet wird. Physiker glauben, dass sie etwa ein Viertel der Masse des Universums ausmacht, während die gewöhnliche und sichtbare Materie nur etwa 5% der Masse des Universums ausmacht. Seine Zusammensetzung ist ein Rätsel und führt zu faszinierenden Möglichkeiten der bisher unentdeckten Physik.
Professor Geoff Hall vom Department of Physics des Imperial College London, der am CMS-Experiment arbeitet, sagte: „Wir haben einen wichtigen Schritt vorwärts bei der Jagd nach Dunkler Materie gemacht, obwohl noch keine Entdeckung gemacht wurde. Diese Ergebnisse sind schneller gekommen, als wir erwartet hatten, weil der LHC und das CMS im letzten Jahr besser liefen, als wir zu hoffen gewagt hatten, und wir sind jetzt sehr optimistisch, was die Aussichten betrifft, Supersymmetrie in den nächsten Jahren festzunageln.“
Die bei Proton-Proton-Kollisionen im CMS freigesetzte Energie manifestiert sich als Teilchen, die in alle Richtungen wegfliegen. Die meisten Kollisionen erzeugen bekannte Teilchen, aber in seltenen Fällen können neue erzeugt werden, einschließlich der von SUSY vorhergesagten – bekannt als supersymmetrische Teilchen oder „Teilchen“. Das leichteste Teilchen ist ein natürlicher Kandidat für dunkle Materie, da es stabil ist und CMS diese Objekte nur durch das Fehlen ihres Signals im Detektor „sehen“ würde, was zu einem Ungleichgewicht von Energie und Impuls führt.
Um nach Teilchen zu suchen, sucht CMS nach Kollisionen, die zwei oder mehr hochenergetische „Jets“ (Partikelbündel, die sich in ungefähr der gleichen Richtung bewegen) und signifikant fehlender Energie erzeugen.
Dr. Oliver Buchmüller, ebenfalls vom Department of Physics am Imperial College London, aber am CERN ansässig, sagte: „Wir brauchen ein gutes Verständnis der gewöhnlichen Kollisionen, damit wir die ungewöhnlichen Kollisionen erkennen können, wenn sie passieren. Solche Kollisionen sind selten, können aber durch bekannte Physik erzeugt werden. Wir haben etwa 3 Billionen Proton-Proton-Kollisionen untersucht und 13 „SUSY-ähnliche“ gefunden, ungefähr so viele wie wir erwartet hatten. Obwohl keine Hinweise auf Teilchen gefunden wurden, grenzt diese Messung den Bereich für die Suche nach dunkler Materie deutlich ein.“
Die Physiker freuen sich nun auf den Lauf von LHC und CMS im Jahr 2011, der Daten liefern soll, die Supersymmetrie als Erklärung für Dunkle Materie bestätigen könnten.
Das CMS-Experiment ist eines von zwei Allzweckexperimenten, die zusammen mit ATLAS (A Toroid LHC ApparatuS) Daten vom LHC sammeln sollen. Die High Energy Physics Group von Imperial hat eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Konstruktion von CMS gespielt und jetzt arbeiten viele der Mitglieder an der Mission, neue Teilchen zu finden, einschließlich des schwer fassbaren Higgs-Boson-Teilchens (falls vorhanden) und einige der Geheimnisse der Natur, etwa woher die Masse kommt, warum es in unserem Universum keine Antimaterie gibt und ob es mehr als drei räumliche Dimensionen gibt.
