Поиск недостающей части Вселенной не дал результатов, но раскрыл новые секреты физики элементарных частиц

Учёные провели одно из крупнейших исследований тёмной материи и солнечных нейтрино с помощью детектора, расположенного на глубине одного километра в Южной Дакоте. Несмотря на то, что нейтрино удалось зафиксировать, тёмная материя не проявила себя.

Эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ) использовал крупнейший на сегодняшний день набор данных для поиска слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP) — одного из главных кандидатов на роль тёмной материи. Хотя исследователи не обнаружили доказательств существования этих частиц, полученные данные помогут будущим проектам избегать ложных сигналов и точнее изучать эту загадочную субстанцию.

Команда преследовала две главные задачи:

1. Изучить свойства лёгких WIMP.
2. Проверить, способен ли детектор фиксировать солнечные нейтрино — почти безмассовые частицы, образующиеся в термоядерных реакциях Солнца.

Учёные предполагали, что сигналы нейтрино могут напоминать те, что предсказывают модели тёмной материи, и только подтверждение наблюдения нейтрино могло расставить всё на свои места.

Результаты по тёмной материи

Эксперимент длился 417 дней (с марта 2023 по апрель 2025). Детектор представлял собой цилиндрическую камеру с жидким ксеноном. При столкновении WIMP или нейтрино с атомами ксенона возникали вспышки фотонов и выделение электронов, которые фиксировали учёные.

Для нейтрино удалось подтвердить взаимодействие частицы борона-8 с ксеноном. Это важно для будущих исследований, чтобы отделять сигналы нейтрино от возможных ложных сигналов тёмной материи.

Поиск низкомассных WIMP пока не дал результатов. Если бы частица столкнулась с ядром ксенона, энергия удара оставила бы характерный след — так называемый когерентный рассеяние, который детектор легко фиксирует.

«Если WIMP сталкивается с ядром, оно получает толчок, который оставляет узнаваемый сигнал. Именно такие события мы ищем», — пояснил Рик Гейтскелл, руководитель группы астрофизики частиц.

Дальнейшие планы

Следующий, более продолжительный цикл эксперимента стартует в 2028 году и продлится рекордные 1000 дней. Длительные наблюдения увеличивают шанс зафиксировать редкие события и открыть новые явления, не описанные Стандартной моделью физики частиц.

Гейтскелл отметил: даже «отрицательные» результаты важны, ведь природа часто действует иначе, чем ожидалось. «Есть множество красивых гипотез, но природа может просто их игнорировать», — сказал он, изучая тёмную материю более 40 лет.

Источник: livescience