Could we create dark matter? - Rolf Landua

Tłumaczenie: Sara Czekała Korekta: Rysia Wand

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

85% materii we wszechświecie jest tajemnicą.

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

Nie wiemy, z czego się składa, więc nazywamy ją czarną materią.

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

Ale wiemy, że tam jest, bo widać jej przyciąganie grawitacyjne

on galaxies and other celestial objects.

względem galaktyk i innych ciał niebieskich.

We've yet to directly observe dark matter,

Nikt jeszcze nie widział czarnej materii,

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

ale naukowcy przypuszczają, że można ją wytworzyć

in the most powerful particle collider in the world.

w najpotężniejszym zderzaczu cząsteczek na świecie.

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

To długi na 27 kilometrów Zderzacz Hadronów

in Geneva, Switzerland.

w Genewie, w Szwajcarii.

So how would that work?

Jak miałoby to wyglądać?

In the LHC, two proton beams move in opposite directions

W zderzaczu dwa protony biegną w przeciwnych kierunkach

and are accelerated to near the speed of light.

i przyspiesza się je prawie do prędkości światła.

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

W czterech punktach zderzenia

wiązki się krzyżują, a protony zderzają ze sobą.

Protons are made of much smaller components called quarks and gluons

Protony składają się z o wiele mniejszych komponentów, zwanych kwarkami i gluonami.

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

W typowych zderzeniach dwa protony przenikają przez siebie

without any significant outcome.

bez specjalnych rezultatów.

However, in about one in a million collisions,

Jednak w jednym na milion zderzeniu

two components hit each other so violently,

dwa komponenty zderzają się ze sobą tak gwałtownie,

that most of the collision energy is set free

że większość energii zderzenia jest uwalniana,

producing thousands of new particles.

produkując tysiące nowych cząsteczek.

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

Tylko w takich zderzeniach

mogą powstać tak masywne cząsteczki, jak czarna materia.

like the theorized dark matter, can be produced.

The collision points are surrounded by detectors

Punkty zderzeń są otoczone czujnikami,

containing about 100 million sensors.

zawierającymi około 100 milionów sensorów.

Like huge three-dimensional cameras,

Jak wielkie, trójwymiarowe kamery,

they gather information on those new particles,

które zbierają informacje o nowych cząsteczkach,

including their trajectory,

o ich trajektoriach,

electrical charge,

ładunku elektrycznym

and energy.

i energii.

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

Po przetworzeniu informacji komputery mogą zobrazować zderzenie.

Each line is the path of a different particle,

Każda linia to ścieżka innej cząsteczki,

and different types of particles are color-coded.

różne typy cząsteczek mają różne kolory.

Data from the detectors allows scientists to determine

Informacje te pozwalają naukowcom rozstrzygnąć,

what each of these particles is,

czym jest każda z tych cząsteczek,

things like photons and electrons.

fotonem czy elektronem.

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

Teraz detektory robią zdjęcia około miliarda kolizji na sekundę,

to find signs of extremely rare massive particles.

żeby znaleźć ślady bardzo rzadkich, masywnych cząsteczek.

To add to the difficulty,

Żeby było trudniej,

the particles we're looking for may be unstable

szukane cząsteczki mogą być niestabilne,

and decay into more familiar particles before reaching the sensors.

rozpaść się na bardziej znane cząsteczki, zanim dotrą do sensorów.

Take, for example, the Higgs boson,

Na przykład bozon Higgsa,

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

cząsteczka, o której długo spekulowano, została znaleziona dopiero w 2012 roku.

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

Szansa na kolizję wytwarzającą bozon Higgsa to 1 do 10 miliardów,

and it only lasts for a tiny fraction of a second

a trwa ona jedynie przez ułamek sekundy,

before decaying.

zanim się rozpadnie.

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

Naukowcy opracowali teoretyczne modele, które wskazały im, czego szukać.

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

Ustalili, że bozon Higgsa może czasem rozpadać się na dwa fotony.

So they first examined only the high-energy events

Najpierw zbadali tylko zderzenia o dużej energii,

that included two photons.

gdzie były dwa fotony.

But there's a problem here.

Ale pojawił się problem.

There are innumerable particle interactions

Niezmiernie wiele interakcji między cząsteczkami

that can produce two random photons.

może wyprodukować dwa dowolne fotony.

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

Jak odróżnić te Higgsa od pozostałych?

The answer is mass.

Odpowiedź tkwi w ich masie.

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

Informacje zebrane przez czujniki pozwoliły naukowcom cofnąć się

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

i odkryć masę produktu dwóch fotonów.

They put that mass value into a graph

Wprowadzili wartości masy do wykresu

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

i powtórnie przeszli przez cały proces z dwoma fotonami.

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

Duża część zderzeń to tylko niepowiązane obserwacje fotonów,

what scientists call background events.

które naukowcy nazywają wydarzeniami tła.

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

Lecz kiedy powstaje bozon Higgsa i rozpada się na dwa fotony,

the mass always comes out to be the same.

masa zawsze okazuje się identyczna.

Therefore, the tell-tale sign of the Higgs boson

Dlatego wskaźnikiem bozonu Higgsa

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

jest to wybrzuszenie w tle.

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

Potrzeba miliardów obserwacji zanim pojawi się takie wybrzuszenie,

and it's only considered a meaningful result

a rezultat można uznać dopiero,

if that bump becomes significantly higher than the background.

jeśli wybrzuszenie będzie znacząco wystawać z tła.

In the case of the Higgs boson,

W przypadku bozonu Higgsa

the scientists at the LHC announced their groundbreaking result

naukowcy z LHC ogłosili swoje rewolucyjne wyniki

when there was only a one in 3 million chance

dopiero, gdy szansa na to,

że wybrzuszenie mogło być wynikiem błędu statystycznego.

this bump could have appeared by a statistical fluke.

wynosiła 1 do 3 milionów,

So back to the dark matter.

Wracając do czarnej materii.

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

Jeśli wiązkom protonów w zderzaczu starczy energii na jej wytworzenie,

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

to prawdopodobieństwo takiego zdarzenia

jest jeszcze mniejsze niż dla bozonu Higgsa

So it takes quadrillions of collisions combined with theoretical models

Potrzeba biliardów kolizji w połączeniu z modelami teoretycznymi,

to even start to look.

żeby w ogóle zacząć jej szukać.

That's what the LHC is currently doing.

Tym aktualnie zajmuje się zderzacz.

By generating a mountain of data,

Generując mnóstwo danych,

we're hoping to find more tiny bumps in graphs

mamy nadzieję znaleźć więcej małych wybrzuszeń na wykresach,

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

które dostarczą dowodów na nieznane jeszcze cząsteczki, jak czarna materia.

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

Albo może to, co znajdziemy nie będzie czarną materią,

but something else

ale czymś innym,

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

co zmieni nasze rozumienie funkcjonowania wszechświata.

That's part of the fun at this point.

To część zabawy.

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

Nie mamy pojęcia, co uda nam się znaleźć.

[Każdy film TED-Ed to ogólnoświatowa współpraca]