Событие, зарегистрированное на глубине 1,5 км в Южной Дакоте, соответствует столкновению с частицей массой более 200 протонов
3 сентября 2026, 11:01Наука и космосDarth Sahara0
Эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ) в Южной Дакоте зафиксировал событие, которое может стать первым прямым обнаружением частицы тёмной материи. Результаты были представлены 1 сентября на конференции TeV Particle Astrophysics в японском городе Тендо. Статистическая значимость сигнала составляет 2,6 сигма — это значительно ниже установленного в физике частиц порога в 5 сигма, необходимого для объявления открытия. Вероятность того, что сигнал вызван известными фоновыми процессами, оценивается примерно в 0,5%.
Детектор LZ находится в подземной лаборатории Санфорд на глубине почти 1,5 км под землёй. Слой породы защищает его от космических лучей, а внешний водяной резервуар и дополнительные детекторы фильтруют другие частицы, которые могут имитировать сигнал тёмной материи. Внутри содержится 10 тонн сверхчистого жидкого ксенона. Когда частица сталкивается с ядром ксенона, оно испускает крошечную вспышку света — именно такие вспышки ищут физики.
Исследователи проанализировали 220 дней наблюдений, собранных с марта 2023 по апрель 2024 года. В отличие от обычных поисков, которые ограничиваются энергиями ниже 50 килоэлектронвольт, в этот раз диапазон был расширен до 270 кэВ. После удаления маскировки данных — процедуры, в ходе которой коллаборация намеренно добавляет ложные события, чтобы избежать неосознанной подгонки результатов, — в массиве остался единственный необъяснённый сигнал. Это было столкновение с энергией 248 кэВ.
Если сигнал действительно вызван частицей тёмной материи, то она должна принадлежать к классу слабовзаимодействующих массивных частиц — WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Эти гипотетические частицы на протяжении десятилетий считались основным кандидатом на роль тёмной материи — субстанции, которая, согласно расчетам, удерживает галактики от разлета и составляет около 85% всей массы Вселенной. Масса такой частицы составила бы не менее 200 гигаэлектронвольт, что более чем в 200 раз тяжелее протона, а, вероятнее всего, — около 1000 ГэВ.
Предыдущие эксперименты — XENON в итальянской лаборатории Гран-Сассо и PandaX в китайской подземной лаборатории Цзиньпин — также искали WIMP в этом энергетическом диапазоне, но с меньшими объёмами данных и менее крупными детекторами. Они не обнаружили ничего, кроме ожидаемого фона. Более того, история поисков тёмной материи знает несколько многообещающих сигналов, которые впоследствии оказались ложными, поэтому сами исследователи LZ крайне осторожны в формулировках.
«Мы не утверждаем, что это тёмная материя. Но мы увидели нечто интересное и хотим поделиться этим с научным сообществом», — заявил представитель коллаборации Рик Гайтскелл из Брауновского университета.
Неудачи в обнаружении WIMP заставили многих теоретиков в последние годы переключиться на альтернативных кандидатов — например, на очень лёгкие частицы, такие как аксионы. Нынешний сигнал, если его природа подтвердится, вернёт WIMP-частицы в центр обсуждения. Пока же физики продолжают размышлять о том, не мог ли редкий фоновый процесс — например, высокоэнергетический нейтрон от радиоактивного распада — вызвать зафиксированное событие. Ни одно из известных объяснений пока не подошло.
Коллаборация LZ объединяет 250 учёных и инженеров из 39 институтов. Для прояснения природы сигнала потребуется новый набор данных — детектор продолжает функционировать. Если событие повторится, это станет самым значимым прорывом в физике частиц со времён открытия бозона Хиггса.
Источники:NatureНаука и космос0АстрофизикаТёмная материяКосмологияФизика частиц7 минут назад
Источник