На глубине около полутора километров под землей в штате Южная Дакота расположен детектор LUX-ZEPLIN (LZ), содержащий 10 тонн сверхчистого жидкого ксенона. Его главная задача — зафиксировать гипотетическое столкновение частицы темной материи с ядром ксенона. Анализируя данные, собранные за 220 дней наблюдений в период с марта 2023 года по апрель 2024 года, исследовательская группа обнаружила необычное явление. Прибор зарегистрировал единичный всплеск энергии в 248 килоэлектронвольт. Обычно поиск подобных сигналов ведется в диапазоне до 50 килоэлектронвольт, однако ученые расширили область анализа до 270 килоэлектронвольт. Работа размещена на сервере lz.lbl.gov.
Возможно, ученые впервые зарегистрировали частицу темной материи
Детектор LUX-ZEPLIN зафиксировал редкий высокоэнергетический сигнал, который может быть первым в истории прямым свидетельством существования темной материи. Физики проявляют крайнюю осторожность, но признают: зарегистрированная вспышка не поддается объяснению в рамках известных законов природы. Если открытие подтвердится, наука получит ответ на один из главных вопросов о строении Вселенной.
На снимке, сделанном космическим телескопом Хаббл, видно распределение темной материи в центре гигантского скопления галактик. NASA
Почему темную материю ищут глубоко под землей. Главная проблема при поиске темной материи на Земле — постоянный шум от космических лучей, которые ежесекундно пробивают атмосферу. Чтобы защитить детекторы от этих помех, их размещают в заброшенных шахтах и туннелях под толщей горных пород высотой в сотни метров. Порода работает как естественный щит, задерживающий обычные частицы, тогда как темная материя свободно проходит сквозь любую материю, позволяя приборам фиксировать только редкие и чистые взаимодействия.
Шахтная башня на подземном исследовательском комплексе в Сэнфорде.
Чтобы исключить человеческий фактор и субъективность, команда LZ использует метод «загрязнения» данных: в массив информации искусственно подмешиваются случайные сигналы, имитирующие темную материю. Лишь после завершения основного анализа эти подставные данные удаляются. Когда исследователи очистили массив от искусственных помех, остался один реальный сигнал.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
По расчетам, создавшая его частица должна обладать массой минимум в 200 гигаэлектронвольт, а скорее всего — порядка 1000 гигаэлектронвольт, что в тысячи раз тяжелее протона. Это полностью соответствует теоретическим параметрам вимпов (WIMP) — массивных частиц, которые десятилетиями считаются главными кандидатами на роль темной материи.
В ожидании независимой проверки
Центральный детектор LZ в Подземном исследовательском центре Сэнфорда в городе Лид, штат Южная Дакота.
Открытие вызывает большой интерес в научном сообществе, однако сами авторы и их коллеги из других лабораторий призывают не спешить с выводами. «Типичные объяснения вроде фоновой радиации должны быть тщательно изучены», — отмечают сторонние эксперты. Участники эксперимента прямо заявляют, что один единственный сигнал пока нельзя считать полноценным доказательством открытия. «То, что мы наблюдаем, — это всего лишь одно высокоэнергетическое событие, — говорит Сэмюэл Эриксен, физик из Бристольского университета. — Мы вовсе не утверждаем, что это наверняка темная материя». Тем не менее ученые решили опубликовать результат, так как не смогли связать его с привычными фоновыми процессами.
Главным критерием истинности станет воспроизводимость. Эксперименты-конкуренты, такие как XENONnT в Италии и PandaX в Китае, обладают установками аналогичной чувствительности и работают в том же диапазоне энергий. Если сигнал реален, аналогичные вспышки должны проявиться в их данных уже в ближайшее время.
Загружаем