Глубоко под землей LZ обнаруживает необъяснимый сигнал частиц. Он соответствует тяжелым вимпам, но, вероятно, еще не является доказательством существования темной материи.
На глубине около 1,6 км под землей в Южной Дакоте самый чувствительный в мире детектор темной материи зафиксировал сигнал, который взволновал физиков.
Подробности читайте после объявления
Как объявил Университет Брауна, 16 июня 2023 года эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ) зафиксировал взаимодействие одиночных частиц, которое произошло именно в той области данных, где исследователи ожидают сигналов от так называемых вимпов — слабо взаимодействующих массивных частиц, которые считаются многообещающим кандидатом на роль темной материи.
Результат достигает статистической значимости 2,6 сигма. Вероятность того, что известный фоновый процесс вызвал сигнал, составляет всего 0,5 процента. Однако физика элементарных частиц требует наличия пяти сигм для признанного открытия.
«Мы не утверждаем, что видели темную материю», — заявил представитель LZ Рик Гайтскелл, согласно заявлению университета. «Но мы увидели кое-что интересное, чем хотим поделиться с научным сообществом».
10 тонн жидкого ксенона в качестве ловушки частиц
LZ использует 10 тонн сверхчистого жидкого ксенона в так называемой двухфазной камере проекции времени.
Когда частица сталкивается с ядром атома ксенона, отдача производит слабый сигнал световой вспышки (S1) и высвобождает электроны. Они движутся вверх в электрическом поле и вызывают второй световой сигнал (S2). Соотношение двух сигналов можно использовать, чтобы отличить ядерную отдачу, например, вызванную вимпом, или безвредную электронную отдачу.
Подробности читайте после объявления
Зарегистрированное событие показало реконструированную ядерную отдачу около 248 кэВ и находилось в пределах ожидаемого диапазона ядерной отдачи — полные 6,7 стандартных отклонений от типичной сигнатуры электронной отдачи.
В опубликованном препринте коллаборация документально подтверждает, что она систематически исследовала многочисленные возможные фоновые источники — от распадов радона до космических мюонов и калибровочных остатков нейтронов. Никто не предложил правдоподобного объяснения.
Тяжелый вимп как возможная причина
Если за сигналом действительно стоит вимп, он должен иметь массу не менее 200 ГэВ/c² — более чем в 200 раз больше массы протона. Как Новости природы Как сообщается, предпочтительные модели даже предполагают около 1000 ГэВ/с².
Особенность: отдельное событие высокой энергии не соответствует простейшей модели WIMP, в которой детектору пришлось бы регистрировать многочисленные последующие события низкой энергии.
Физик-теоретик Цзи Цзи Фан из Университета Брауна указал на «хорошо мотивированные теоретические расширения», включая неупругое рассеяние и зависящее от импульса упругое рассеяние, которые могли бы объяснить такое изолированное событие.
Подтверждение или опровержение требует времени.
Результаты получены за 220 дней измерений с марта 2023 года по апрель 2024 года и были представлены 1 сентября 2026 года на конференции по астрофизике частиц ТэВ в Японии.
LZ уже собирает больше данных и, как ожидается, будет работать как минимум до 2028 года.
Конкурирующие эксперименты, такие как XENON в Италии и PandaX в Китае, теперь также будут искать в своих наборах данных сопоставимые события отдачи высокой энергии — процесс, который может занять месяцы.
Согласно нынешним представлениям, темная материя составляет около 85 процентов от общей массы Вселенной. До сих пор их существование было показано лишь косвенно, например, через кривые вращения галактик. Прямое доказательство было бы одним из важнейших открытий современной физики.
