2233
Міжнародна колаборація LUX-ZEPLIN повідомила про незвичайну подію в одному з найчутливіших у світі детекторів темної матерії. Під час аналізу даних, зібраних у підземній лабораторії в Південній Дакоті, дослідники побачили одиничну взаємодію, яку поки не вдалося переконливо пояснити відомими фоновими процесами. За своїми характеристиками вона сумісна з тим, що очікують від зіткнення важкої частинки темної матерії з ядром ксенону, однак автори роботи одразу наголошують: одного сигналу недостатньо, щоб говорити про відкриття.
LUX-ZEPLIN, або LZ, працює майже за милю під землею в Sanford Underground Research Facility. Таке розташування потрібне для захисту від космічних променів і звичайного радіаційного фону, які можуть імітувати надзвичайно рідкісні події. Центральна частина установки містить тонни надчистого рідкого ксенону. Якщо частинка взаємодіє з ядром ксенону, детектор здатний зафіксувати крихітні спалахи світла і за ними відновити енергію та місце події.
Новий результат отримали після аналізу експозиції 2,84 тонно-року. Дослідники спеціально розширили діапазон енергій ядерних віддач приблизно до 270 кілоелектронвольт. Це дозволило перевірити не лише найпростішу модель взаємодії WIMP — слабко взаємодіючих масивних частинок, — а й сценарії, в яких значна частина сигналу припадає на вищі енергії.
У цьому діапазоні команда побачила одну подію з енергією ядерної віддачі близько 248 кілоелектронвольт. Вона виникла в області, де очікувана кількість відомих фонів дуже мала. Після статистичного аналізу напруження з гіпотезою «це лише фон» склало 2,6 сигма з урахуванням ефекту пошуку в багатьох моделях. Максимальна локальна значущість у перевірених моделях досягала 3,4 сигма.
Для фізики елементарних частинок це цікаво, але ще далеко від стандарту відкриття. Зазвичай про підтверджений новий ефект говорять на рівні 5 сигма. У випадку LZ значення 2,6 сигма відповідає приблизно 0,5-відсотковій імовірності того, що спостереження можна пояснити відомими фоновими процесами в рамках проведеного аналізу. Це робить подію незвичайною, але не виключає рідкісну або ще не враховану фонову причину.
Команда приділила окрему увагу можливим джерелам помилки. За словами учасників LZ, викиди в даних зазвичай після детальної перевірки вдається пов’язати з певним типом радіоактивності, нейтронами, поверхневими подіями або іншими відомими ефектами. Цей випадок пройшов низку таких перевірок і поки не отримав очевидного альтернативного пояснення.
Якщо подію справді спричинила частинка темної матерії, аналіз вказує на WIMP із масою щонайменше приблизно у 200 разів більшою за масу протона. Також це означало б, що характер взаємодії з нормальною речовиною може виходити за межі найпростішої моделі, на яку традиційно орієнтувалися багато експериментів.
Темна матерія не випромінює і не поглинає світло, тому її не можна побачити звичайними телескопами. Водночас за гравітаційним впливом на галактики й великомасштабну структуру Всесвіту астрономи оцінюють, що вона становить близько 85% усієї матерії. Пряма реєстрація частинки темної матерії стала б одним із найважливіших результатів сучасної фізики.
Саме тому дослідники обирають обережність. LZ продовжує збирати дані, і наступні набори мають показати, чи з’являться подібні події знову. Якщо їхня кількість зростатиме відповідно до прогнозованої картини темної матерії, статистична значущість може посилитися. Якщо ні, нинішній сигнал може залишитися одиничним аномальним випадком. Поки команда називає його не відкриттям, а найцікавішим кандидатом, який потребує перевірки більшою статистикою.
