Детектор темної матерії LUX-ZEPLIN зафіксував одиничну взаємодію частинок, яку не вдалося пояснити відомими процесами звичайної матерії. Можливо, це перший слід тієї самої речовини, що складає більшу частину маси Всесвіту. Статистичної надійності для такої заяви поки бракує. Тому команда винесла спостереження на розгляд наукової спільноти.
Пастка для рідкісних зіткнень
З чого складається темна матерія, досі невідомо. Головним кандидатом на цю роль вважають слабко взаємодіючі масивні частинки (WIMP – Weakly Interacting Massive Particles). Їхні зіткнення з атомними ядрами мають відбуватися надзвичайно рідко, тому будь-який сторонній фон здатний замаскувати сигнал.
Установку LUX-ZEPLIN (LZ) розмістили в колишній золотій копальні у Південній Дакоті, приблизно за півтора кілометра під поверхнею. Товща породи відсікає космічні промені, а бак із десятьма тоннами надчистого рідкого ксенону оточений додатковими шарами захисту. Коли така частинка влучає в ядро ксенону, виникає подвійний спалах світла, який реєструють фотодатчики.
Сигнал вищої енергії
Аналіз охопив 220 діб чистого часу набору даних у період з березня 2023 по квітень 2024 року. Попередні пошуки зосереджувалися на слабких сигналах низької енергії, які передбачають найпростіші моделі темної матерії. Цього разу діапазон розширили в бік потужніших зіткнень.
У цій області й виявили одну подію зі спектром ядерної віддачі, що не вкладається у відомі фонові процеси. Результат став несподіванкою, бо його очікували в слабшому діапазоні. Якщо подію справді спричинила темна матерія, її частинка була б більш ніж у 200 разів масивнішою за протон.
Про знахідку повідомили на конференції TeV Particle Astrophysics в Японії. Статтю подали до журналу Physical Review Letters, тобто рецензування вона ще не проходила, як повідомляє Імперський коледж Лондона.
Поріг у п’ять сигма
Статистична значущість результату становить 2,6 сигма (2,6σ), що набагато нижче за поріг у 5 сигма (5σ), з якого фізики говорять про відкриття. За даними Universe Today, шанс, що подію спричинив відомий фон, становить близько 0,5%.
Такий критерій фізика частинок закріпила після серії гучних сигналів, які зникали з накопиченням даних. За цим порогом у 2012 році оголосили про відкриття бозона Хіггса. Слабші результати такого статусу не отримують.
Наступні кроки
За допомогою установки зібрали помітно більше даних, ніж використали в цьому аналізі. Їх перевірять, щоб зрозуміти, чи сигнал посилюється, чи згасає, чи пояснюється невідомим досі фоновим процесом. Роботу LUX-ZEPLIN планують продовжити після 2028 року.
Професор Імперського коледжу Лондона Енріке Араужо зауважив, що пошук украй рідкісних подій неминуче чутливий і до незвичних фонів, тому команді потрібно більше статистики. Для остаточної відповіді знадобиться значно масштабніший детектор.
Проєкт XLZD передбачає приблизно вдесятеро більший обсяг рідкого ксенону, а запуск можливий у середині 2030-х років. Одним із можливих майданчиків розглядають підземну лабораторію Boulby у Британії.
