U podzemnom tunelu na granici između Francuske i Švicarske, na dubini od oko 350 stopa, nalazi se Veliki hadronski sudarač (LHC), jedan od najsloženijih znanstvenih instrumenata današnjice. Ovaj uređaj, kojim upravlja CERN, osmišljen je za sudaranje protona pri brzini bliskoj brzini svjetlosti, stvarajući pritom uvjete slične onima koji su postojali neposredno nakon Velikog praska.

Jedan od ključnih ciljeva LHC-a je potraga za tamnom materijom, tajanstvenim oblikom tvari koji čini oko 27% svemira, a koji još nije direktno opažen. Znanstvenici, poput fizičara Ashutosha Kotwala, pokušavaju otkriti prirodu ove materije koristeći sofisticirane detektore koji djeluju kao divovske trodimenzionalne digitalne kamere. Oni neprestano snimaju mlazove čestica stvorenih u sudarima protona, u nadi da će uočiti nevidljive tragove tamne materije.

LHC omogućuje istraživačima da tragaju za tamnom materijom pomoću tehnika poput "nedostajućeg momenta". To se odnosi na situacije gdje nedostaje dio energije i impulsa u detektiranim česticama, što može sugerirati prisutnost nevidljive tamne materije. Istraživači analiziraju podatke pomoću sofisticiranih algoritama i umjetne inteligencije kako bi filtrirali milijune sudara i zadržali one koji bi mogli sadržavati naznake tamne materije.

Nedavna istraživanja na LHC-u uključuju proučavanje tamnih fotona, hipotetičkih čestica koje bi mogle nastati raspadom Higgsovih bozona. Ovi tamni fotoni smatraju se egzotičnim jer ne pripadaju standardnom modelu fizike čestica. Oni bi mogli pružiti nove uvide u strukturu svemira i prirodu tamne materije.

Osim toga, LHC je nedavno povećao svoju energiju sudara na rekordnih 13,6 TeV, što omogućuje dublje istraživanje kvark-gluonske plazme, stanja materije koje je postojalo u prvih nekoliko mikrosekundi nakon Velikog praska. Ovo istraživanje ne samo da nam pomaže razumjeti rane trenutke svemira, već može također doprinijeti preciznijem mjerenju svojstava tamne materije i drugih egzotičnih čestica.

Unatoč velikom napretku, tamna materija ostaje jedna od najvećih misterija moderne fizike. Znanstvenici vjeruju da njezina detekcija zahtijeva kombinaciju različitih pristupa, uključujući eksperimente u akceleratorima poput LHC-a, kao i astrofizička opažanja kroz teleskope na Zemlji i u svemiru. Kroz ove napore, nadaju se da će konačno rasvijetliti tamnu stranu svemira.

Pored tehnoloških inovacija na detektorima, istraživači planiraju implementirati nove sustave poput "track trigger" algoritama, koji koriste umjetnu inteligenciju za brzo identificiranje i praćenje prolaznih tragova čestica. Ovi sustavi omogućuju selekciju najvažnijih podataka u stvarnom vremenu, čime se značajno povećava učinkovitost uočavanja potencijalnih dokaza o tamnoj materiji.

Kotwal i njegov tim trenutno rade na razvoju prototipa ovog uređaja, a predviđa se da će kompletan sustav biti spreman za instalaciju u detektore LHC-a u narednih nekoliko godina. S kontinuiranim unaprjeđenjem performansi akceleratora i detektora, znanstvenici vjeruju da su sve bliže odgovoru na pitanje o postojanju i prirodi tamne materije.

Ovo istraživanje je ključno za razumijevanje osnovne strukture svemira i može otvoriti vrata novim fizikalnim teorijama koje bi proširile naše znanje izvan trenutno prihvaćenog standardnog modela fizike čestica.

Izvor: Duke University