Wits研究人员开创了一种寻找暗物质的新方法

暗物质的存在是我们宇宙中一个长期存在的谜团。暗物质约占宇宙的四分之一，但它与普通物质的相互作用并不显着。一系列天体物理学和宇宙学观测证实了暗物质的存在，其中包括詹姆斯·韦伯太空望远镜最近拍摄的令人惊叹的照片。然而迄今为止，还没有关于暗物质的实验观测报道。暗物质的存在一直是世界各地高能和天体物理学家几十年来一直在研究的一个问题。

“这就是我们进行基础科学研究、探索宇宙最深奥秘的原因。欧洲核子研究组织的大型强子对撞机是有史以来规模最大的实验，可以利用产生类似大爆炸条件的粒子碰撞来寻找暗物质的线索。”威特沃特斯兰德大学物理学院的 Deepak Kar 教授说道在南非约翰内斯堡。

在欧洲核子研究中心的 ATLAS 实验中，Kar 和他以前的博士生 Sukanya Sinha(现为曼彻斯特大学的博士后研究员)开创了一种寻找暗物质的新方法。他们的研究 发表在《Physics Letters B》杂志上。

Kar 说：“过去几十年来，对暗物质进行了大量的对撞机搜索，迄今为止，这些搜索都集中在弱相互作用的大质量粒子上，即 WIMP。” “WIMPS 是一类被假设可以解释暗物质的粒子，因为它们不吸收或发射光，也不与其他粒子发生强烈相互作用。然而，由于到目前为止还没有发现 WIMPS 的证据，我们意识到寻找暗物质需要进行范式转变。”

“我们想知道的是，暗物质粒子是否真的是在标准模型粒子射流内产生的，”卡尔说。 这导致了对一种被称为半可见喷流的新探测器特征的探索，科学家们以前从未研究过这种特征。

质子的高能碰撞通常会导致产生准直的粒子喷雾，这些粒子从普通夸克或胶子的衰变中收集到所谓的射流中。当假设的暗夸克部分衰变为标准模型夸克(已知粒子)和部分衰变为稳定的暗强子(“不可见部分”)时，就会出现半可见喷流。由于它们是成对生产的，通常与附加的标准模型射流一起生产，因此当所有射流未完全平衡时，探测器中就会出现能量不平衡或能量缺失。缺失能量的方向通常与半可见射流之一对齐。

这使得搜索半可见射流变得非常具有挑战性，因为这种事件特征也可能由于探测器中错误测量的射流而出现。卡和辛哈寻找暗物质的新方法为寻找暗物质的存在开辟了新的方向。

“尽管我的博士论文不包含暗物质的发现，但它为这种生产模式设定了第一个相当严格的上限，并且已经激发了进一步的研究，”辛哈说。

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