Nu när de har identifierat Higgs boson, forskare vid Large Hadron Collider har siktet inställt på ett ännu mer svårfångat mål.

Runt omkring oss finns mörk materia och mörk energi – det osynliga som binder samman galaxen, men som ingen direkt har kunnat upptäcka. "Vi vet säkert att det finns en mörk värld, och det finns mer energi i det än det finns i vår, sa LianTao Wang, en professor i fysik vid University of Chicago som studerar hur man hittar signaler i stora partikelacceleratorer som LHC.

Wang, tillsammans med forskare från universitetet och UChicago-anslutna Fermilab, tror att de kanske kan leda oss på dess spår; i en tidning publicerad 3 april i Fysiska granskningsbrev , de lade fram en innovativ metod för att förfölja mörk materia i LHC genom att utnyttja en potentiell partikels något lägre hastighet.

Medan den mörka världen utgör mer än 95 procent av universum, forskare vet bara att det existerar genom dess effekter - som en poltergeist kan du bara se när den trycker bort något från en hylla. Till exempel, vi vet att det finns mörk materia eftersom vi kan se gravitationen verka på den – det hjälper till att hålla våra galaxer från att flyga isär.

Teoretiker tror att det finns en speciell sorts mörk partikel som bara ibland interagerar med normal materia. Det skulle vara tyngre och längre livslängd än andra kända partiklar, med en livstid upp till en tiondels sekund. Några gånger under ett decennium, forskare tror, denna partikel kan fastna i kollisioner av protoner som LHC ständigt skapar och mäter.

"En särskilt intressant möjlighet är att dessa långlivade mörka partiklar är kopplade till Higgs-bosonen på något sätt - att Higgs faktiskt är en portal till den mörka världen, sa Wang, hänvisar till den sista hållpartikeln i fysikers stora teori om hur universum fungerar, upptäcktes vid LHC 2012. "Det är möjligt att Higgs faktiskt kan förfalla till dessa långlivade partiklar."

Det enda problemet är att sortera bort dessa händelser från resten; det finns mer än en miljard kollisioner per sekund i den 27 kilometer långa LHC, och var och en av dessa skickar subatomära agnar som sprutar i alla riktningar.

Wang, UChicago postdoktorn Jia Liu och Fermilab-forskaren Zhen Liu (nu vid University of Maryland) föreslog ett nytt sätt att söka genom att utnyttja en viss aspekt av en sådan mörk partikel. "Om det är så tungt, det kostar energi att producera, så dess rörelsemängd skulle inte vara stor - den skulle röra sig långsammare än ljusets hastighet, sa Liu, den första författaren i studien.

Den tidsfördröjningen skulle skilja den från alla övriga normala partiklar. Forskare skulle bara behöva justera systemet för att leta efter partiklar som produceras och sedan sönderfalla lite långsammare än allt annat.

Skillnaden är i storleksordningen en nanosekund – en miljarddels sekund – eller mindre. Men LHC har redan detektorer som är sofistikerade nog att fånga denna skillnad; en nyligen genomförd studie med data som samlats in från den senaste körningen och fann att metoden borde fungera, plus att detektorerna blir ännu känsligare som en del av uppgraderingen som för närvarande pågår.

"Vi förväntar oss att den här metoden kommer att öka vår känslighet för långlivade mörka partiklar med mer än en storleksordning - samtidigt som vi använder kapacitet vi redan har på LHC, " sa Liu.

Experimentalister arbetar redan med att bygga fällan:När LHC slår på igen 2021, efter att ha ökat dess ljusstyrka med tio gånger, alla tre av de stora detektorerna kommer att implementera det nya systemet, sa forskarna. "Vi tror att det har stor potential för upptäckt, " sa Liu.

"Om partikeln finns där, vi måste bara hitta ett sätt att gräva fram det, " sa Wang. "Vanligtvis, nyckeln är att hitta frågan att ställa."