Νέα θεωρία για τη σύνδεση του Higgs με τη σκοτεινή ύλη

Μια νέα θεωρητική εργασία θέτει αυστηρότερους περιορισμούς στις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης που προκύπτουν από πειράματα σωματιδιακής φυσικής.

 

Το μποζόν του Higgs βοηθά ώστε να εξηγηθεί πώς τα σωματίδια αποκτούν τη μάζα τους, έτσι φαίνεται ότι μπορεί να προσφέρει το κλειδί και στην κατανόηση της σκοτεινής ύλης, την κυρίαρχη μορφή της ύλης που μαζί με τη σκοτεινή ενέργεια αποτελούν το 95% όλων των στοιχείων του Σύμπαντος. Τα λεγόμενα μοντέλα Higgs-portal (όπου τα Higgs διασπώνται) υποστηρίζουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης αλληλεπιδρούν με τα φυσιολογικά σωματίδια μέσω της ανταλλαγής ενός μποζονίου Higgs. Αν είναι σωστές, τότε οι ερευνητές θα περίμεναν μια υπογραφή σκοτεινής ύλης στις διασπάσεις Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Μια νέα λοιπόν θεωρητική μελέτη αφαιρεί κάποια από την αβεβαιότητα στα μοντέλα αυτά, βελτιώνοντας τα όρια που έχει θέσει ο LHC στα υποψήφια μοντέλα της σκοτεινής ύλης.

 

Αν η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά μέσω των διαμεσολαβητών του Higgs, τότε αυτό θα πρέπει να επηρεάσει – με αντίστροφη έννοια – το πώς αποσυντίθενται τα μποζόνια Higgs. Συγκεκριμένα, κάποιο κλάσμα των μποζονίων Higgs που δημιουργούνται στο LHC θα πρέπει να διασπαστεί σε σωματίδια σκοτεινής ύλης, τα οποία θα ξεφύγουν από την ανίχνευση τους. Το γεγονός ότι δεν παρατηρήθηκε καμία από αυτές τις «αόρατες αποσυνθέσεις» επιτρέπει στους ερευνητές να ορίσουν ένα χαμηλότερο όριο στην πιθανότητα ή στην ενεργό διατομή της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων σκοτεινής ύλης με ένα νουκλεόνιο. 

 

Δυστυχώς, τα τρέχοντα όρια ενεργού διατομής στην σκοτεινή ύλη στο μοντέλο Higgs-portal, έχουν μεγάλα όρια σφάλματος, σε μεγάλο βαθμό επειδή αυτά τα μοντέλα εξαρτώνται από τη σύζευξη μεταξύ του μποζονίου Higgs και των νουκλεονίων, κάτι που είναι αβέβαιο. Ο Martin Hoferichter από το Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον στο Σιάτλ επαναξιολογεί αυτή τη σύζευξη Higgs με το νουκλεόνιο, ενσωματώνοντας την πρόσφατη πρόοδο για τη σύζευξη του μποζονίου Higgs με δύο νουκλεόνια.

 

Τα προκύπτοντα όρια ενεργού διατομής παρέχουν ένα πιο έντονο όριο για την εξαίρεση πιθανών υποψηφίων σωματιδίων σκοτεινής ύλης, ιδιαίτερα για το εύρος μάζας 1 έως 10 GeV, όπου τα πειράματα άμεσης ανίχνευσης είναι λιγότερο ευαίσθητα.