ბნელი მატერიის ნაწილაკებისადმი კოლაიდერული მიდგომის ძიებაში

 ბნელი მატერიის ბუნება, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის ისევ ერთ-ერთ უმთავრეს ამოუხსნელ ამოცანად რჩება. სტანდარტული მოდელის ჩარჩოებს გარეთ, უამრავი თეორია იქნა მოგონილი, რომლებშიც ბნელი მატერიის ნაწილაკობის კანდიდატებიც შედის. თუმცა მაინც სრულიად გაურკვეველი რჩება, რომელი მათგანია რეალური. საბედნიეროდ, ამ თეორიათა უმეტესობას საერთო თვისება გააჩნია: მათი შემოწმება სამი ურთიერთშემავსებელი საშუალებებით არის შესაძლებელი. 1. ბნელი მატერიის ნაწილაკთა ანიჰილაცია ჩვეულებრივ ნაწილაკებად – ან ადრეულ გავარვარებულ სამყაროში, ან ახლა, ბნელი მატერიის თავმოყრის ადგილებში(ბნელი მატერიის ანიჰილაციის ”ხელმოწერა”). 2. მათი გაბნევა ჩვეულებრივ ნაწილაკებზე: სწორედ ამ პორცესის დანახვაზე მუშაობენ ბნელი მატერიის დეტექტორებით. 3. ბნელი მატერიის გაჩენა კოლაიდერებში, ჩვეულებრივი მატერიის ნაწილაკთა შეჯახებებში და ახალი შესაძლებლობებიც სწორედ აქ უნდა იყოს(სურათი ზემოთ).

 ისეთ სიტუაციაში, როცა ბნელი მატერიის უამრავი დეტექტორი დადებით შედეგს ვერ იძლევა, თეორეტიკოსები ირიბი დამზერის გზების ძებნას იწყებენ, რომლებიც დიდ ადრონულ კოლაიდერში შეიძლება გამოვლინდეს. სუპერსიმეტრიის ძებნის საქმეში ბნელი მატერიის ნაწილაკები უმნიშვნელოვანეს როლს თამაშობენ, მათ ენერგია მიაქვთ და განივი იმპულსის დისბალანსს იწვევენ დეტექტორში – ასევე, უმნიშვნელოვანესია ჰიგსის ბოზონის ”უხილვი” დაშლების ძებნაც. ეს და სხვა მსგავსი ძიებები უშედეგოდ დამთავრდა. მიუხედავად ამისა, თეორეტიკოსები, ”სამყაროს ბნელი სექტორის” გამოვლენის ახალ საშუალებებს იგონებენ.

 ბნელი მატერია, ჩვენი სამყაროს რთულად მოწყობილი წახნაგი შეიძლება აღმოჩნდეს. ის არა ერთი ნაწილაკის სახით შეიძლება იყოს წარმოდგენილი, არამედ თავისი ზემოქმედებებითა და განხვავებული მასების ნაწილაკებით. იმის მიხედვით, თუ კონკრეტულად როგორ არის მოწყობილი ეს ბნელი სექტორი და რა აკავშირებს მას ჩვეულებრივ ნაწილაკებთან, კოლაიდერში სხვადასხვა მოდელების ტესტირების ახალი მეთოდები შეიძლება გამოჩნდეს.

 სტატიაშიHunting the dark Higgs(arXiv:1701.08780), განხილულია სიტუაცია, როცა ბნელი მატერიის ნაწილაკები, ბნელივე ჰიგსისეული მექანიზმით იძენს მასას(შეკითხვები ჰიგსის ბოზონთან დაკავშირებით). აქ თავს იჩენს ახალი ”ბნელი ურთიერთქმედება” საკმაოდ მასიური ნაწილაკი-დადამტანითა Z’ და ბნელი ჰიგსისეული ბოზონით s. ეს ბოზონი მსუბუქი და არასტაბილური შეიძლება იყოს. მსუბუქად შეერიოს ჩვეულებრივ ჰიგსის ბოზონს და ჩვეულებრივ კვარკულ წყვილებად დაიშალოს(კვარკი).

 ეს პროცესი ინტენსიურია: ბნელი მატერიის გამარტივებული მოდელებისგან განსხვავებით, აქ არ არის კოსმოლოგიური მონაცემებით მიღებული ალბათობით მკაცრი შეზღუდვა. დეტექტორი, განივი იმპილსის ძლიერ დისბალანსს შეამჩნევს, რადგან b-ანტი-b წყვილი ერთი მიმართულებით გამოიტყორცნება. სტანდარტული მოდელის ჩარჩოებში, ეს უიშვიათესი პროცესია, ამიტომ ბნელი მატერიის ”გამოჭრის” შანსიც იქნება.

 ერთეულ ადრონულ ჭავლებს, განივი იმპულსის დისბალანსით, დაკ-ზე ადრეც სწავლობდნენ. თუ ეს ჩვეულებრივი ადრონული ჭავლია, სტანდარტული მოდელის ჩარჩოებში თავისუფლად ჩაჯდება. აქ კი ორ b-ჭავლის გამოსხივებაზეა საუბარი, რომლებიც ერთ ”ფართო” ჭავლში ერთიანდება, ასეთი პროცესისთვის კი ფონი გაცილებით დაბალია.

 სტატიაში Dark sectors and enhanced h→τμ transitions(arXiv:1701.08767), ერთ-ერთ ”კოლაიდერისეულ გამოცანის” ახლებურ ინტერპრეტაციაზეა საუბარი – ჰიგსის ბოზონის დაშლა მიუონად და ტაუ-ლეპტონად(ატომი). H→μτ დაშლის ნაცვლად, ”ლეპტონური არომატის” დარღვევით(ლეპტონური რიცხვი – რაოდენობრივი განსხვავება ლეპტონებსა და ანტილეპტონებს შორის მოცემულ სისტემაში. ყველა აქამდე ჩატარებულ ექსპერიმენტებში ეს რიცხვი არ ირღვევა, ამიტომ შეიქმნა კანონი ლეპტონური მუხტის მუდმივობის შესახებ. მიზეზი უცნობია), ავტორები ვარაუდობენ, რომ ეს არის H→μτφ დაშლა, სადაც φ – ბნელი მატერიის ნაწილაკებად შლადი ახალი ნაწილაკია ბნელი სექტორიდან. მნიშვნელოვანია: ამ მოდელში არ ხდება ლეპტონური რიცხვის დარღვევა, რადაგნ ის, სწორედ რომ საჭირო პროპორციით, უხილავ ნაწილაკ φ-საც აქვს. ”მეხსიერება” ლეპტონურ არომატზე, ამ მოდელის ბნელ ნაწილაკებსაც აქვთ, ოღონდ ისინი სტაბილური ნაწილეკბია და არც ელექტრომაგნიტურ, არც ჩვეულებრივ სუსტ ურთიერთქმედებაში არ მონაწილეობენ. ნამუშევრის ავტორები ამ მოდელის ტესტირებას მიუონისა და ტაუ-ლეპტონის კინემატიკური განაწილების საშუალებით აპირებენ. რა თქამა უნდა, უკანასკნელი თვეების ლიტერატურა, მხოლოდ ამ ორი სტატიით არ შემოიფარგლება. რთულად მოწყობილი ბნელი სექტორების შესწავლა, მეცნიერული მოღვაწეობის საკმაოდ აქტუალური ტოტი ხდება, რომელიც შესაფერისი თეორიების ძებნასთან არის დაკავშირებული სტანდარტული მოდელის ჩარჩოებს მიღმა(კიდევ ბნელი მატერიის შესახებ).