Συνδέοντας το σωμάτιο του Higgs με την Σκοτεινή Ύλη

Το μποζόνιο Higgs βοηθάει να εξηγηθεί πώς αποκτούν μάζα το σωμάτια, έτσι φαίνεται σωστό ότι μπορεί να προσφέρει το κλειδί για την κατανόηση της σκοτεινής ύλης, την κυριαρχούσα μορφή ύλης που – μαζί με την σκοτεινή ενέργεια – αποτελεί το 95% των πάντων στο σύμπαν. Υπάρχουν μοντέλα (Higgs-portal models) που υποθέτουν ότι σωμάτια σκοτεινής ύλης αλληλεπιδρούν με σωμάτια κανονικής ύλης μέσω της ανταλλαγής μποζόνιου του Higgs. Εάν είναι σωστά, τότε οι ερευνητές θα ανέμεναν ένα σήμα -υπογραφή σκοτεινής ύλης σε διάσπαση του Higgs στον Large Hadron Collider (LHC) του CERN. Νέα θεωρητική μελέτη αφαιρεί ορισμένη από την αβεβαιότητα σε αυτά τα μοντέλα, βελτιώνοντας τα όρια που τίθενται από το LHC στους υποψηφίους της σκοτεινής ύλης.

Αν η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά μέσω διαμεσολαβητών Higgs, τότε αυτό θα πρέπει να επιδρά – κατά μια αντίστροφη έννοια – στο πώς διασπάται το μποζόνιο Higgs. Ειδικότερα, ορισμένο τμήμα των μποζονίων Higgs που δημιουργούνται στο LHC θα πρέπει να διασπάται σε σωμάτια σκοτεινής ύλης, τα οποία θα διαφεύγουν της ανίχνευσής. Το γεγονός ότι καμία από αυτές τις «αόρατες διασπάσεις» δεν έχουν παρατηρηθεί επιτρέπει στους ερευνητές να θέτουν χαμηλότερα όρια στην πιθανότητα, ή ενεργό διατομή, για τα σωμάτια σκοτεινής ύλης που αλληλεπιδρούν με ένα νουκλεόνιο.

Δυστυχώς, τα όρια της τρέχουσας ενεργού διατομής στα μοντέλα σκοτεινής ύλης με Higgs έχουν μεγάλα εύρη σφάλματος, σε μεγάλο μέρος επειδή τα μοντέλα αυτά βασίζονται στη σύζευξη μεταξύ μποζόνιου Higgs και νουκλεονίων, που είναι αβέβαιη. Ο Martin Hoferichter του Πανεπιστημίου της Washington, στο Seattle και οι συνεργάτες του επαναξιολογούν αυτή την σύζευξη Higgs-νουκλεονίου. Ενσωματώνουν την πρόσφατη πρόοδο στην φαινομενολογία και υπολογισμούς του πλέγματος-QCD, καθώς επίσης μια, για πρώτη φορά, προέλευση της συμβολής για τη σύζευξη δυο νουκλεονίων από το μποζόνιο Higgs. Τα αποτελέσματά τους για τα όρια της ενεργού διατομής παρέχουν ένα πιο έντονο όριο για την εξαίρεση πιθανών υποψηφίων σωμάτιων σκοτεινής ύλης, ιδιαιτέρως για περιοχή μάζας 1 έως 10 GeV, όπου τα πειράματα άμεσης ανίχνευσης είναι λιγότερο ευαίσθητα.