Could we create dark matter? - Rolf Landua

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Sigal Tifferet

85% of the matter in our universe is a mystery.

85% מהחומר ביקום הוא מסתורי.

We don't know what it's made of, which is why we call it dark matter.

אנחנו לא יודעים ממה הוא עשוי, לכן אנחנו קוראים לו חומר אפל.

But we know it's out there because we can observe its gravitational attraction

אבל אנחנו יודעים שהוא שם כי אנחנו יכולים לראות את ההשפעות הכבידתיות שלו

on galaxies and other celestial objects.

על גלקסיות ועצמים שמימיים אחרים.

We've yet to directly observe dark matter,

עדיין לא הצלחנו לצפות ישירות בחומר אפל,

but scientists theorize that we may actually be able to create it

אבל מדענים משערים שאולי נוכל ליצור אותו

in the most powerful particle collider in the world.

במאיץ החלקיקים החזק ביותר בעולם.

That's the 27 kilometer-long Large Hadron Collider, or LHC,

זה מרסק ההדרונים הגדול שאורכו 27 קילומטר, או LHC,

in Geneva, Switzerland.

בז'נבה, שוייץ.

So how would that work?

אז איך זה יעבוד?

In the LHC, two proton beams move in opposite directions

ב LHC, שתי אלומות פרוטונים נעות בכיוונים שונים

and are accelerated to near the speed of light.

ומואצות קרוב למהירות האור.

At four collision points, the beams cross and protons smash into each other.

בארבע נקודות התנגשות, האלומות חוצות ופרוטונים מתרסקים אחד בשני.

Protons are made of much smaller components called quarks and gluons

פרוטונים עשויים מחלקיקים הרבה יותר קטנים שנקראים קווארקים וגלואונים.

In most ordinary collisions, the two protons pass through each other

ברוב ההתנגשויות הרגילות, שני הפרוטונים עוברים אחד דרך השני

without any significant outcome.

ללא תוצאה משמעותית.

However, in about one in a million collisions,

עם זאת, בבערך אחת למליון התנגשויות,

two components hit each other so violently,

שני רכיבים פוגעים אחד בשני בכזו אלימות,

that most of the collision energy is set free

שרוב אנרגיית ההתנגשןת משתחררת,

producing thousands of new particles.

ומייצרת אלפי חלקיקים חדשים.

It's only in these collisions that very massive particles,

בהתנגשויות האלה יכולים להיווצר חלקיקים מאוד כבדים,

like the theorized dark matter, can be produced.

כמו החומר האפל התאורטי.

The collision points are surrounded by detectors

נקודות ההתנגשות מוקפות בגלאים

containing about 100 million sensors.

שמכילים בערך 100 מליון חיישנים.

Like huge three-dimensional cameras,

כמו מצלמות תלת מימד עצומות,

they gather information on those new particles,

הן אוספות מידע על החלקיקים החדשים האלה,

including their trajectory,

כולל הכיוון שלהם,

electrical charge,

המטען החשמלי,

and energy.

והאנרגיה.

Once processed, the computers can depict a collision as an image.

ברגע שהמידע מעובד, המחשבים יכולים לתאר התנגשות כתמונה.

Each line is the path of a different particle,

כל קו הוא מסלול של חלקיק אחר,

and different types of particles are color-coded.

וסוגים שונים של חלקיקים מקבלים קוד צבע שונה.

Data from the detectors allows scientists to determine

מידע מהגלאים מאפשר למדענים לקבוע

what each of these particles is,

מהו כל חלקיק,

things like photons and electrons.

דברים כמו פוטונים ואלקטרונים.

Now, the detectors take snapshots of about a billion of these collisions per second

עכשיו, הגלאים מצלמים בערך מיליארד התנגשויות האלו כל שניה

to find signs of extremely rare massive particles.

כדי למצוא סימנים של חלקיקים מסיביים מאוד נדירים.

To add to the difficulty,

כדי להוסיף לקושי,

the particles we're looking for may be unstable

החלקיקים שאנחנו מחפשים אולי לא יציבים

and decay into more familiar particles before reaching the sensors.

ודועכים לחלקיקים יותר מוכרים לפני שהם מגיעים לגלאים.

Take, for example, the Higgs boson,

קחו לדוגמה, את בוזון היגס,

a long-theorized particle that wasn't observed until 2012.

חלקיק ששיערו את קיומו שנים רבות, אך נצפה רק ב 2012.

The odds of a given collision producing a Higgs boson are about one in 10 billion,

הסיכויים שהתנגשות מסויימת תייצר בוזון היגס היא בערך אחת ל 10 מיליארד,

and it only lasts for a tiny fraction of a second

והוא מתקיים רק חלקיק זעיר של שניה

before decaying.

לפני שהוא דועך.

But scientists developed theoretical models to tell them what to look for.

אבל מדענים פיתחו מודלים תאורטיים כדי להגיד לנו מה לחפש.

For the Higgs, they thought it would sometimes decay into two photons.

עבור ההיגס, הם חשבו שהוא לפעמים ידעך לשני פוטונים.

So they first examined only the high-energy events

אז הם בחנו תחילה רק את הארועים בעלי האנרגיה הגבוהה

that included two photons.

שכוללים שני פוטונים.

But there's a problem here.

אבל היתה בזה בעיה.

There are innumerable particle interactions

יש אינטראקציות רבות מספור בין חלקיקים

that can produce two random photons.

שיכולות לייצר שני פוטונים אקראיים.

So how do you separate out the Higgs from everything else?

אז איך מפרידים בין ההיגס לכל השאר?

The answer is mass.

התשובה היא מאסה.

The information gathered by the detectors allows the scientists to go a step back

המידע שנאסף על ידי הגלאים מאפשר למדענים ללכת צעד אחורה

and determine the mass of whatever it was that produced two photons.

ולקבוע את המאסה של מה שיצר את שני הפוטונים.

They put that mass value into a graph

הם שמים את ערך המאסה על הגרף

and then repeat the process for all events with two photons.

ואז חוזרים על התהליך לכל ארוע עם שני פוטונים.

The vast majority of these events are just random photon observations,

רוב הארועים האלה הם רק קליטה אקראית של פוטונים,

what scientists call background events.

מה שמדענים קוראים לו ארועי רקע.

But when a Higgs boson is produced and decays into two photons,

אבל כשבוזון היגס מיוצר ודועך לשני פוטונים,

the mass always comes out to be the same.

המאסה תמיד מגיעה לאותו ערך.

Therefore, the tell-tale sign of the Higgs boson

לכן הסימן לבוזון היגס

would be a little bump sitting on top of the background.

יהיה בליטה קטנה מעל הרקע.

It takes billions of observations before a bump like this can appear,

זה לוקח מיליארדי תצפויות לפני שבליטה קטנה כזו יכולה להופיע,

and it's only considered a meaningful result

והתוצאה נחשבת למשמעותית רק

if that bump becomes significantly higher than the background.

אם הבליטה הופכת למשמעותית יותר גבוהה מהרקע.

In the case of the Higgs boson,

במקרה של בוזון היגס,

the scientists at the LHC announced their groundbreaking result

המדענים ב LHC הודיעו על התוצאה פורצת הדרך

when there was only a one in 3 million chance

כשהיה סיכוי של אחד ל 3 מליון

this bump could have appeared by a statistical fluke.

שהבליטה יכולה להופיע מטעות סטטיסטית.

So back to the dark matter.

אז חזרה לחומר האפל.

If the LHC's proton beams have enough energy to produce it,

אם לקרני הפרוטונים של ה LHC יש מספיק אנרגיה כדי לייצר אותו,

that's probably an even rarer occurrence than the Higgs boson.

זו כנראה התרחשות אפילו יותר נדירה מבוזון היגס.

So it takes quadrillions of collisions combined with theoretical models

אז נדרשים קוודריליונים של התנגשויות משולבות עם מודלים תאורטיים

to even start to look.

כדי אפילו להתחיל לחפש.

That's what the LHC is currently doing.

זה מה שה LHC עושה כרגע.

By generating a mountain of data,

על ידי ייצור של הרים של מידע,

we're hoping to find more tiny bumps in graphs

אנחנו מקווים לגלות יותר בליטות קטנות בגרפים

that will provide evidence for yet unknown particles, like dark matter.

שיספקו לנו עדויות לעוד חלקיק לא ידוע, כמו חומר אפל.

Or maybe what we'll find won't be dark matter,

או אולי מה שנמצא לא יהיה חומר אפל,

but something else

אלא משהו אחר

that would reshape our understanding of how the universe works entirely.

שינסח מחדש את ההבנה שלנו על איך בכלל היקום עובד.

That's part of the fun at this point.

זה חלק מהכיף בנקודה הזו.

We have no idea what we're going to find.

אין לנו מושג מה נגלה.