برخورددهنده بزرگ هادرونی سرن (LHC) – همان‌طور که از نامش پیداست – پرتوهایی نسبیتی از هادرون‌ها، معمولاً پروتون‌ها و هسته‌های اتمی هادرونی مانند اکسیژن، زنون و سرب، را با هم برخورد می‌دهد. فیزیک‌دان‌ها امیدوارند که انرژی جمع‌شده در این برخوردها ذرات و برهم‌کنش‌هایی را تولید کند که تاکنون هرگز دیده نشده‌ است. اما بر اساس برخی نظریه‌های فراتر از مدل استاندارد، ممکن است پرتوهای هادرونی نسبیتی حتی پیش از هر گونه برخوردی دربردارنده ذرات عجیب‌وغریب باشند. اکنون سرجیو باربوسا (Sergio Barbosa) و همکارانش از دانشگاه فدرال ABC در برزیل اظهار داشته‌اند که در داده‌های مربوط به برخورد که یک دهه گذشته در LHC جمع‌آوری شده است، می‌توان منتظر کشف شواهدی از این ذرات – به‌ویژه نامزدهای ماده تاریک سبک‌وزن معروف به ذرات اکسیون‌گونه (ALP) – بود [۱].

ALPها در نظریه ریسمان و دیگر نظریه‌هایی که ابعاد فضایی بالاتر را فرض می‌کنند، ظاهر می‌شوند. فیزیک‌دان‌ها طی تلاش‌هایی بی‌نتیجه در کاواک‌های میکروموج، در [آشکارسازهای] سوسوزن مایع و در بقایای زیراتمی حاصل از برخورد ذرات به دنبال ALPها بوده‌اند. اگر این ذرات وجود داشته باشند، باید زمانی که ذرات باردار تا نزدیکی سرعت نور شتاب می‌گیرند به همراه فوتون‌ها تولید شوند. آن‌گونه که باربوسا و همکارانش خاطرنشان می‌کنند وقتی هادرون‌ها در LHC با یکدیگر برخورد می‌کنند، هر ALPای که در این مسیر حضور دارد ممکن است برخورد را تجربه کند – برخورد با یکدیگر و با فوتون‌ها.

محققان محاسبه کرده‌اند که باید قوی‌ترین نشانه ALPها در برخورد ALP-فوتون طی دوره‌های کار LHC که شامل هر دو ذره پروتون و هسته سرب باشد، دیده شود. چنین دوره‌ کاری‌ای در سال ۲۰۱۶ انجام شده اما هنوز هیچ‌کس داده‌های آن را با هدف یافتن اثری مشخص بررسی نکرده است.

[1] S. Barbosa et al., “LHC as an axion-photon collider,” Phys. Rev. Lett. 135, 181801 (2025).

منبع:

A New Kind of Collision at the LHC