Het vinden van de bron van donkere materie is een van de belangrijkste gebieden van de moderne astronomie en het Higgs-deeltje kan de sleutel zijn.
Bevestiging van de ontdekking van het Higgs-deeltje kwam naar ons in 2012 na tientallen jaren van zoeken. Het Higgs-deeltje, theoretisch voorspeld in de jaren zestig en experimenteel bevestigd in de Large Hadron Collider nabij Genève, Zwitserland, leidde uiteindelijk tot de toekenning van de Nobelprijs voor de natuurkunde aan Peter Higgs en François Engler.
Zoals we al weten, bemiddelt het Higgs-deeltje het Higgs-veld, dat massa aan alle materie geeft. De ontdekking van het Higgs-deeltje bij de Large Hadron Collider werd het 'ontbrekende element' van het standaardfysica-model. Het standaardmodel definieert ons begrip van de kwantumwereld. Een soort receptenboek waarmee we kunnen begrijpen hoe subatomaire deeltjes en krachten op kleine schaal op elkaar inwerken.
Hoewel het standaardmodel voor de meeste van onze taken werkt, is het geen alomvattend model. In het bijzonder omvat het standaardmodel de zwaartekracht niet - uiteraard een zeer belangrijke omissie. Bovendien voorspelt het standaardmodel niet de bron van de mysterieuze donkere materie - een feit dat tegenwoordig steeds controversiëler wordt. Kosmologische studies voorspellen dat 84, 5 procent van het universum uit donkere materie bestaat, die zwaartekracht kan hebben en niet interageert met elektromagnetische kracht. Dit type materie, bekend als niet-baryonische materie, kan niet worden gezien, maar de effecten ervan worden bijvoorbeeld duidelijk bij het waarnemen van zwaartekrachtseffecten in clusters van melkwegstelsels. We kunnen hiervan zeker zijn, maar we kunnen het gewoon niet zien en kunnen daarom de aard ervan niet volledig begrijpen.
Er zijn veel theorieën die verschillende exotische bronnen van donkere materie suggereren, maar een nieuw model van een groep wetenschappers onder leiding van deeltheoreticus Christopher Peterson van Chalmers University of Technology in Zweden zal worden getest wanneer de Large Hadron Collider dit voorjaar opnieuw opstart.
Peterson suggereert dat het Higgs-deeltje kan vergaan. Dit verval wordt bepaald door supersymmetrie. Supersymmetrie voorspelt dat er meer massieve 'superpartners' zijn van bekende deeltjes die bestaan buiten het kader van het standaardmodel. Hoewel er al aanwijzingen waren van deze supersymmetrische deeltjes, waren de laatste waarnemingen erg moeilijk te volgen. De detectoren van de Large Hadron Collider hebben het Higgs-deeltje niet direct "gezien" toen het werd gedetecteerd. Voor talloze miljarden deeltjesbotsingen hebben de ATLAS- en CMS-detectoren langzaam een beeld gecreëerd van deeltjes na botsingen, waardoor de energie wordt uitgestoten die wordt gegenereerd door botsingen van protonen die in tegengestelde richtingen draaien. Uit deze deeltjesbotsingsenergie kwamen Higgs-bosonen naar voren, snel vervallend in andere deeltjes, die de detectoren konden meten, bijvoorbeeld muonen (de meer massieve neef van het elektron). Dit soort "vingerafdrukken" van het Higgs-deeltje werd het bewijs dat de Higgs-bosonen bestaan.
Nu heeft het team van Peterson gesuggereerd dat als supersymmetrie echt is, het Higgs-deeltje dan een andere vervalmodus kan hebben, vervallend in fotonen en donkere materiedeeltjes.
"Dit is een droom voor een theoretisch natuurkundige in de deeltjesfysica, LHC is de enige plaats waar het model kan worden getest", zei Peterson.
