Thiết lập giới hạn ràng buộc lên sự tồn tại của vật chất tối siêu đối xứng
Nếu các hạt mới xuất hiện ở ngoài kia thì Cỗ máy gia tốc lớn Large Hadron Collider (LHC) là nơi lý tưởng để tìm kiếm chúng.
Lý thuyết về siêu đối xứng đề xuất một tập hợp hoàn toàn mới những hạt đối xứng tồn tại song song với từng hạt cơ bản đã biết. Dẫu còn có tranh cãi về lý thuyết này nhưng các hạt đối xứng có thể giúp giải quyết vô số những thiếu sót trong những hiểu biết khoa học hiện hành, như nguồn gốc của vật chất tối bí ẩn trong vũ trụ, khối lượng nhỏ “dị thường” của hạt Higgs boson, cách dị thường mà hạt muon spin và ngay cả mối liên hệ giữa vô số lực của tự nhiên. Nhưng nếu các hạt siêu đối xứng tồn tại thì nơi nào chúng có thể ẩn náu?
Đây là những gì các nhà vật lý tại LHC đã cố gắng tìm kiếm, và một nghiên cứu mới đây về dữ liệu va chạm proton – proton từ đợt vận hành thứ hai của LHC (năm 2015 – năm 2018), nhóm hợp tác ATLAS đem lại một cái nhìn toàn diện nhất về cuộc tìm kiếm cho một số dạng các hạt siêu đối xứng khó nắm bắt nhất – những hạt có thể không chỉ hiếm được tạo ra thông qua lực hạt nhân ‘yếu’ hay lực điện từ. hạt nhẹ nhất trong số những hạt siêu đối xứng tương tác yếu đó có thể là nguồn của vật chất tối.
Năng lượng va chạm ngày một gia tăng và tốc độ va chạm cao hơn mà đợt vận hành thứ hai (Run 2) cũng như những thuật toán tìm kiếm mới và các kỹ thuật học máy mới đã cho phép khám phá sâu hơn vào vùng lãnh thổ khó chạm đến của siêu đối xứng này.
Các nhà vật lý của ATLAS đã đặt các kết quả từ tám cuộc tìm kiếm, mỗi kết quả đều được xem xét tìm bằng chứng về các hạt siêu đối xứng theo một cách khác biệt. Lực kết hợp và độ nhạy của các chiến lược tìm kiếm khác nhau đã cho phép các nhà nghiên cứu của ATLAS nghiên cứu hàng vạn mô hình siêu đối xứng, mỗi mô hình với những dự đoán khác nhau về các khối lượng của các hạt siêu đối xứng.
Những cuộc tìm kiếm của ATLAS có độ nhạy chưa từng có và khám phá ra một phạm vi rộng lớn các khối lượng hạt siêu đối xứng. Các nhà vật lý ATLAS tìm kiếm bằng chứng về vật chất tối “do phòng thí nghiệm tạo ra” – đó là vật chất tối trong các va chạm của LHC. Các cuộc tìm kiếm của họ chứng tỏ sự bổ sung cho các thực nghiệm khác cũng đang tìm kiếm các hạt vật chất tối tự nhiên, ‘tàn tích” từ Big Bang. Không giống như cuộc tìm kiếm của các máy gia tốc, vốn không cần thấy vật chất tối để suy ra tự hiện diện của chúng, các thực nghiệm mới phụ thuộc vào sác xuất đủ lớn của các hạt vật chất tối ẩn sau các vật chất thông thường và do đó là dò được chúng.
Một trong những phát hiện đáng kể của sự kết hợp tìm kiếm dạng này là một số vùng của các khối lượng hạt siêu đối xứng mà trước đây từng cho là phù hợp, nơi các hạt vật chất tối bằng một nửa khối lượng của hạt Z boson hay Higgs boson, giờ đã hầu như được tiết lộ.
Một lợi ích khác của một nghiên cứu toàn diện là hiểu biết về các mô hình siêu đối xứng chưa được chứng minh. ATLAS đã nêu những bí dụ về các mô hình phù hợp, có thể sử dụng để tối ưu các cuộc tìm kiếm trong tương lai. Dẫu ngày một “khép chặt vòng vây” một cách có hệ thống vào những nơi ẩn dấu các hạt siêu đối xứng, nhưng nhiều mô hình vẫn còn cần được cải thiện thêm. Việc cải thiện độ nhạy của các mô hình mà ATLAS sử dụng sẽ đòi hỏi thêm nhiều dữ liệu va chạm nữa và được phát triển hơn nữa trong chiến lược tìm kiếm.
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2023-10-atlas-stringent-limits-supersymmetric-dark.html
https://atlas.cern/Updates/Physics-Briefing/SUSY-Dark-Matter
