В детекторе темной материи LZ зарегистрировано событие, который физики пока не могут объяснить известными процессами

Подземный детектор LUX-ZEPLIN (LZ), расположенный на глубине 1,5 км в Санфордском подземном исследовательском комплексе (Южная Дакота, США), зафиксировал необычное единичное взаимодействие частицы, которое не поддается объяснению в рамках известных фоновых процессов обычной материи. Официальный результат, представленный 1 сентября на конференции TeV Particle Astrophysics в Японии, пока не достиг статистического порога, необходимого для заявления об открытии, однако является наиболее убедительным свидетельством в пользу существования тёмной материи из всех, когда-либо полученных в ходе экспериментов.

Детектор LZ представляет собой резервуар с 10 тоннами сверхчистого жидкого ксенона, охлаждённого до температуры ниже -108 °C. В основе технологии лежит двойная система детекции: датчики регистрируют ультрафиолетовое свечение и выброс электронов, происходящие в момент контакта исследуемых частиц с атомами жидкого ксенона. Эти сигналы позволяют определить массу и положение взаимодействующей частицы внутри детектора. Главная цель этой научной установки — обнаружить так называемые ВИМПы (WIMP, слабо взаимодействующие массивные частицы). Именно на них ученые возлагают основные надежды: в современной физике эти гипотетические объекты считаются главными кандидатами на роль кирпичиков загадочной тёмной материи.

Аномальное событие было выявлено при анализе данных, собранных за 220 дней наблюдений в период с марта 2023 по апрель 2024 года. В отличие от предыдущих поисков, которые фокусировались на низкоэнергетических взаимодействиях (менее 50 кэВ), новый анализ охватил диапазон энергий до 270 кэВ. Именно в этом, ранее менее изученном энергетическом интервале, где фоновые сигналы от обычной материи ожидаются крайне низкими, и был зафиксирован единичный всплеск.

Статистическая значимость результата составляет 2,6 сигма. Вероятность того, что аномальное событие произошло от известного источника, оценивается в 0,5%. Как отметил представитель коллаборации LZ Рик Гейтскелл (Брауновский университет), ученые «не утверждают, что увидели тёмную материю», однако зафиксировали «нечто интересное, чем хотят поделиться с научным сообществом».

Если данное событие действительно вызвано тёмной материей, то породившая его частица WIMP должна иметь массу не менее 200 масс протона. Это указывает на более тяжёлый тип WIMP, чем предполагали многие модели. Руководитель исследования Сэм Эриксен (Бристольский университет) подчеркнул, что специалисты потратили месяцы на дополнительный анализ всех возможных причин фоновых событий и заявил: «Благодаря глубокому пониманию работы измерительных приборов и природы фонового шума, даже единичный необычный сигнал не списывается на погрешность, а сразу приобретает огромную научную ценность».

Чамкаур Гхаг (Университетский колледж Лондона), возглавлявший коллаборацию LZ в период анализа данных, отметил, что аномальное событие находится «именно в той области, где мы надеемся увидеть тёмную материю, в части нашего поиска, которую мы ранее не исследовали в полном объёме». По его словам, LZ был создан достаточно чувствительным, «чтобы зафиксировать нечто подобное, если это существует».

Для справки, коллаборация LZ объединяет 250 учёных и инженеров из 39 институтов. Управление детектором осуществляется Лабораторией имени Лоуренса в Беркли при поддержке Министерства энергетики США. Препринт с результатами опубликован на онлайн-репозитории arXiv и направлен в журнал Physical Review Letters для рецензирования.

Как отмечает издание Nature, предыдущие эксперименты уже регистрировали обнадёживающие сигналы, которые впоследствии оказывались ложными. В то же время физик Цзянлай Лю (Шанхайский университет Цзяо Тун) назвал единичный выброс LZ «интригующим», добавив, что он «несомненно взволнует научное сообщество». Эксперимент продолжает набор данных, и только дополнительные наблюдения позволят определить, является ли зафиксированное событие первым свидетельством существования тёмной материи или чрезвычайно редким фоновым процессом.

Источник: phys.org