Возможный сигнал темной материи зафиксирован – итоги подземного эксперимента

Исследователи получили необычный сигнал в одном из крупнейших экспериментов по поиску темной материи. Детектор LUX-ZEPLIN (LZ), расположенный почти на полуторакилометровой глубине в бывшей золотой шахте американской Южной Дакоты, зарегистрировал событие, пока не объяснимое известными физическими процессами, сообщает life.ru.

Ученые подчеркивают: речь не идет об открытии темной материи. Однако, полученный результат уже называют наиболее интригующей подсказкой за все время работы установки.

Возможный сигнал темной материи в подземном эксперименте

LZ находится в подземном комплексе Sanford Underground Research Facility и использует около 10 тонн сверхчистого жидкого ксенона. Такая конструкция позволяет регистрировать чрезвычайно редкие взаимодействия частиц. Огромная глубина необходима для защиты эксперимента от космического излучения, которое способно создавать сигналы, похожие на следы искомых частиц.

Читайте по теме: звёздный поток за пределами Млечного Пути помог оценить тёмную материю

В новой серии анализа ученые изучили данные, накопленные за 220 дней работы детектора в период с марта 2023 г. по апрель 2024 г. Особое внимание было уделено более высокоэнергетическим взаимодействиям, способные соответствовать определенным моделям поведения вимпов — гипотетических массивных частиц, слабо взаимодействующих с обычным веществом.

Именно здесь исследователи обнаружили единственное событие, существенно выделившееся на фоне ожидаемого уровня фоновых процессов. Оно сопровождалось характеристиками ядерной отдачи и соответствовало энергии около 248 кэВ с неопределенностью ±23 кэВ по статистике и ±23 кэВ по систематике. Расчеты показали, что подобный сигнал потенциально может быть связан со столкновением ядра ксенона с частицей темной материи.

До сенсации далеко – ученые осторожно оценивают сигнал с подземного эксперимента

Однако именно единичность события пока не позволяет сделать сенсационный вывод. Статистическая значимость результата составляет 2,6σ с учетом эффекта множественного поиска, тогда как в физике элементарных частиц традиционным порогом открытия считается уровень 5σ. По оценке исследователей, вероятность того, что необычный сигнал можно объяснить известным фоном, составляет примерно 0,5%, то есть около одного шанса из 200.

Перед физиками стоит принципиально важная задача: выяснить, действительно ли зарегистрированная частица была представителем темной материи или эксперимент столкнулся с крайне редким, но обычным физическим процессом. Ученые уже провели дополнительную проверку возможных источников фоновых событий и продолжают накапливать данные. Если в последующих наблюдениях появятся аналогичные взаимодействия, статистическая значимость может вырасти. Если же подобных событий больше не обнаружат, нынешняя аномалия, вероятно, окажется редким фоновым эффектом.

Загадки темной материи – значимость эксперимента для ученых

Интерес к результату связан с масштабом самой загадки. Согласно современным космологическим моделям, на темную материю приходится примерно 85% всей материи Вселенной. При этом она не поглощает и не излучает свет так, как обычное вещество, поэтому напрямую увидеть ее невозможно. О ее существовании ученые судят прежде всего по гравитационному воздействию на галактики и крупномасштабную структуру Вселенной.

LZ является международным проектом, объединяющим около 250 ученых и инженеров из 39 учреждений. Экспериментом управляет Лаборатория имени Лоуренса Беркли при Министерстве энергетики США. Параллельно с LZ поиск ведут другие крупные установки, включая XENON в итальянской лаборатории Гран-Сассо и PandaX в Китае.

Ранее на сайте «Пронедра» писали, что первые ограничения на распад тёмной материи в гравитоны получены с помощью космических нитей