Wszystko wskazuje na to, że w Chinach powstanie najpotężniejsza na świecie fabryka mezonów eta — cząstek, które mogą odegrać kluczową rolę w poszukiwaniu odpowiedzi na pytanie o naturę ciemnej materii. Ośrodek badawczy o nazwie Huizhou Super Eta Factory zostanie zbudowany w ramach kompleksu High-Intensity Heavy Ion Accelerator Facility w prowincji Guangdong. Jego zadaniem będzie wytwarzanie ponad 10 bilionów mezonów eta rocznie, co oznacza produkcję cząstek w tempie przekraczającym 100 milionów na sekundę. Tak wysoka liczba cząstek powinna zapewnić badaczom wystarczającą precyzję statystyczną, by mogli obserwować zjawiska dotąd pozostające poza naszym zasięgiem.
Mezony eta to cząstki elektrycznie obojętne, uznawane za przybliżone bozony Goldstone’a. Szczególne zainteresowanie naukowców budzą ich rzadkie tryby rozpadu, w których mogą powstawać pary elektronów i fotonów. W takich przejściach teoretycznie mogą ujawniać się tzw. cząstki portalowe — hipotetyczne obiekty pośredniczące między znaną materią a ciemną stroną wszechświata, w której znajdziemy ciemną materię, ciemne fotony i ciemną energię. Przyglądając się im uważnie, naukowcych chcą odpowiedzieć na pytania o to, dlaczego we wszechświecie jest więcej materii niż antymaterii i z czego zbudowane jest 85 procent jego masy, której dotąd nie udało nam się uchwycić ani zaobserwować inaczej niż przez jej oddziaływanie grawitacyjne.
Czytaj także: Nowe cząstki elementarne wreszcie odkryte. Naukowcy w szoku
Kluczowym elementem tego przedsięwzięcia będzie zaawansowany system detekcji o nazwie HHaS, czyli spektrometr hadronów Huizhou. W jego skład wejdzie kilka niezwykle precyzyjnych komponentów takich jak krzemowy system śledzenia pikseli umożliwiający rejestrację torów cząstek naładowanych, kalorymetr elektromagnetyczny mierzący energię fotonów oraz nadprzewodzący magnes solenoidowy, który pozwoli na zakrzywianie trajektorii cząstek. Taki zestaw ma umożliwić prowadzenie niezwykle dokładnych pomiarów w ekstremalnych warunkach eksperymentalnych.
To będzie prawdziwa rewolucja w poszukiwaniu informacji o naturze ciemnej materii.
Detektor zostanie zaprojektowany z myślą o maksymalnej czułości i odporności na promieniowanie, co pozwoli mu działać przez wiele lat bez utraty jakości pomiarów. Rozdzielczość przestrzenna urządzenia wyniesie około 100 mikrometrów — to mniej więcej tyle, ile wynosi grubość ludzkiego włosa — a przepustowość sięgnie 100 milionów zdarzeń na sekundę. Już teraz naukowcy pracują nad kolejnymi ulepszeniami całej konstrukcji, starając się skrócić czas rejestracji sygnałów do poziomu 1–5 nanosekund oraz zmniejszyć rozmiar pikseli do zaledwie 40–80 mikrometrów. W ten sposób teoretycznie możliwe byłoby dalsze zwiększanie precyzji pomiarów.
Czytaj także: Nowe cząstki elementarne czają się wszędzie wokół nas. Naukowcy znajdują zaskakujące wskazówki
Wszystko wskazuje na to, że powyższe urządzenie pozwoli badaczom wejść na zupełnie nowy poziom jakości eksperymentów prowadzonych na mezonach eta. Jest to na tyle duży skok jakościowy, że badacze podejrzewają, iż miesiąc działania nowej instalacji przyniesie nam więcej danych, niż udało się zebrać przez kilka ostatnich lat.
Szczegółowy opis koncepcji technicznej i celów naukowych nowego ośrodka został właśnie opublikowany na łamach periodyku Nuclear Science and Techniques. Realizacja tego projektu potwierdzi tylko to, co wszyscy obserwujemy od dawna — Chiny bardzo szybko umacniają swoją pozycję lidera w dziedzinie badań z zakresu fizyki cząstek elementarnych.