Под Чёрными холмами в Южной Дакоте, на глубине около 1,6 километра, физики уже несколько лет ждут столкновения, которое могло бы выдать тёмную материю. На эту субстанцию приходится около 85% массы Вселенной, и именно она служит невидимым каркасом, удерживающим галактики от распада.
Команда эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) зафиксировала одиночное взаимодействие частицы, которое не удалось списать ни на один известный фоновый источник от обычной материи. Событие описано в препринте, принятом к публикации в журнале Physical Review Letters, и на данный момент считается самым убедительным кандидатом на прямую регистрацию тёмной материи.
При этом сами исследователи призывают не спешить с выводами. Одно событие статистики не делает, а объяснений у него может быть больше одного.
Рик Гейтскелл, профессор физики Брауновского университета и представитель коллаборации LZ:
Нам крайне интересно видеть это событие в данных, в той области, где мы ожидаем появления тёмной материи, а конкурирующие фоны очень низкие. С одним-единственным событием мы не хотим забегать вперёд. Мы не утверждаем, что увидели тёмную материю. Но мы увидели нечто интересное, чем хотим поделиться с научным сообществом и услышать его мнение.
Гипотеза о тёмной материи появилась потому, что видимое вещество не объясняет наблюдаемых гравитационных эффектов. Галактики вращаются заметно быстрее, чем позволяет их видимая масса, и держатся вместе прочнее, чем следовало бы. Эта скрытая масса стала опорным элементом стандартной космологической модели.
Частицы тёмной материи не поглощают, не отражают и не излучают свет, иначе астрономы обнаружили бы их давным-давно. Чтобы понять, из чего состоит эта субстанция, нужна именно прямая регистрация, и поиск сравнивают с попыткой найти иголку в стоге сена.
Один из главных кандидатов на роль такой частицы – WIMP, слабовзаимодействующая массивная частица. По теории, она чувствует гравитацию, игнорирует свет и лишь крайне редко сталкивается с обычным веществом.
Детектор LZ создан именно под охоту на WIMP. Это резервуар с 10 тоннами сверхчистого жидкого ксенона, обвешанный датчиками, которые должны зарегистрировать вспышку от удара частицы по ядру ксенона. Установка работает в Сэнфордской подземной исследовательской лаборатории (SURF) в городе Лид, где толща породы экранирует космическое излучение и другие фоновые помехи.
Для новой работы физики разобрали 220 дней наблюдений, собранных с марта 2023 года по апрель 2024-го. Этот массив уже прочёсывали в поисках слабых сигналов от простейших взаимодействий WIMP, но теперь диапазон поиска расширили на процессы, оставляющие в детекторе больше энергии.
Сэм Эриксен, ведущий автор исследования, старший научный сотрудник Бристольского университета:
Это было детальное изучение области, которую мы ещё не исследовали в этом наборе данных, и мы потратили месяцы дополнительной работы, чтобы понять все возможные причины фоновых событий.
Само событие зарегистрировано 16 июня 2023 года. Если его действительно породило столкновение тёмной материи с ксеноном, то виновная частица должна быть примерно в 200 раз тяжелее протона, а само столкновение выглядит необычно энергичным.
Здесь и начинается загадка внутри загадки. По стандартным теориям, прежде чем поймать одно высокоэнергетическое событие, детектор должен был увидеть множество низкоэнергетических, а их нет.
Вариантов объяснения несколько:
WIMP взаимодействуют с обычным веществом не так, как предсказывают нынешние модели
конкретная частица получила аномальное ускорение и потому ударила сильнее обычного
сигнал вообще не связан с WIMP и вызван другой неопознанной частицей или физическим процессом
У команды LZ есть с чем работать дальше. Эксперимент уже накопил крупнейший в мире набор данных по поискам тёмной материи, и он продолжает пополняться.
Если в будущих анализах всплывут новые события, похожие на июньское, проверить их смогут конкурирующие установки – PandaX в Китае и XENONnT в Италии. Как отмечает Scientific American, независимое подтверждение от этих детекторов и станет решающим аргументом в пользу того, что LZ действительно видит WIMP.
Источник новости: shazoo.ru
