Суперсимметричные частицы космических лучей

Различение между физическими моделями требует точности в измерениях. Точность означает знание четырех векторов обнаруженных частиц, вершины взаимодействия и начальных четырех векторов падающего космического луча.

В случае открытия позитрона сигнал новой частицы был простым, не требующим много энергии или знания четырех векторов:

Изучая космические лучи в камере Вильсона, советский академик Дмитрий Скобельцын заметил что-то неожиданное среди следов, оставленных заряженными частицами высокой энергии. Некоторые частицы будут вести себя как электроны , но изгибаться в противоположном направлении в магнитном поле. В том же году в независимом эксперименте аспирант Калифорнийского технологического института Чанг-Яо Чао наблюдал то же явление. Результаты оказались неубедительными, и оба ученых проигнорировали аномалию.

Энергии были достаточно малы, и весь поток космических лучей мог обеспечить светимость.

Почему бозон Хиггса не был обнаружен в ТэВ-экспериментах с космическими лучами? Потому что для точности обнаружения многочастичных распадов потребуются огромные детекторы с магнитными полями для определения импульса.

Хиггс в гамма-гамма, простейший распад бозона Хиггса легко теряется в потоке космических лучей , где невозможно контролировать начальные четыре вектора.

Взгляните на сложность ожидаемых трех распадов суперсимметричных частиц здесь , чтобы понять, как сочетание «отсутствия контроля над начальными четырьмя векторами», необходимости «огромных детекторов» и сложности в количестве генерируемых частиц делает маловероятным обнаружение новых резонансов. в ливнях космических лучей.

Проблема в том, что энергия самих космических лучей фактически не имеет значения для образования SUSY-частиц. Что необходимо, так это большой центр массы энергии, так как это все, что доступно для создания частиц, остальное обязательно уходит в кинетическую энергию созданных частиц.

Чтобы произвести частицу SUSY, космический луч должен взаимодействовать с частицей в нашей атмосфере. Поскольку частицы в нашей атмосфере примерно покоятся в системе отсчета Земли, мы можем вычислить энергию центра масс$\sqrt{s}$частицы массы$m$в нашей атмосфере взаимодействует с космическим лучом энергии$E$как:

Или, решив это для энергии, необходимой для достижения данного$\sqrt{s}$:

Чтобы конкурировать с LHC, эта энергия должна быть больше, чем может достичь LHC. Так$\sqrt{s} \gt 13~\rm TeV$. Лучшее, что мы можем сделать для$m$это протон или нейтрон. Подстановка этих чисел дает:

Таким образом, для производства частиц, которые не могут быть получены на БАК, требуется космическое излучение примерно$100~\rm PeV$или больше. Глядя на график частот космических лучей, опубликованный в ответе @Nikl, эти космические лучи необычайно редки. Кроме того, даже если бы SUSY был получен, можно было бы ожидать, что он произойдет при очень низких поперечных сечениях. Мы говорим как один в$10^{15}$своего рода событие.

Обратите внимание, что даже космические лучи с самой высокой энергией, когда-либо наблюдаемые (порядка десяти джоулей), по-прежнему имеют менее чем в сто раз больше энергии центра масс БАК, когда они сталкиваются с покоящимся протоном.

Теоретически достаточно высокой Энергии некоторых космических частиц для создания суперпартнеров СМ-частиц (если они существуют и находятся в этом диапазоне энергий).

Проблема, которую я вижу здесь, заключается в обнаружении. В основном мы ищем суперсимметрию, сравнивая наши измеренные созданные частицы с текущей моделью (Стандартная модель). Если в нашей модели отсутствуют какие-либо частицы, мы должны увидеть расхождения между измерениями и прогнозами. Чтобы быть уверенным в таком несоответствии, нам нужна очень хорошая статистика, то есть много событий (яркость).

Для космических лучей высоких энергий не хватило бы событий (даже в большом детекторе) для поиска новых частиц. Наша текущая Стандартная модель подходит очень хорошо.

LHC работает при нескольких ТэВ. Глядя на график ниже, вы увидите, что в этом диапазоне энергий происходит только около одного события космических лучей с этой энергией на квадратный метр в час.

Поток космических лучей в зависимости от энергии частиц (из: wikipedia )