Научное сообщество взбудоражено неожиданным результатом, полученным в ходе поиска тёмной материи. Эксперимент, проводимый на глубине почти 1,5 километра в Южной Дакоте, зафиксировал единственный сигнал взаимодействия субатомных частиц, который не соответствует ожидаемым показателям для обычной материи. Возможно, это первый зафиксированный контакт с частицей тёмной материи, но судить об этом ещё рано.
По следам тёмной материи
Детектор LUX-ZEPLIN, находящийся в Sanford Underground Research Facility (SURF) — переоборудованной золотой шахте, представляет собой одно из самых чувствительных устройств для поиска тёмной материи. С 2021 года этот эксперимент фиксирует вспышки света в защищённом резервуаре с 10 тоннами ультрачистого жидкого ксенона. Такие вспышки возникают, когда слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMPs) сталкиваются с атомами ксенона. Результаты анализирует международная команда из 250 учёных и инженеров из 39 институтов, а управление экспериментом осуществляется Лабораторией имени Лоуренса Беркли Министерства энергетики США.
Недавно исследователи проанализировали данные, собранные детектором за 220 дней с марта 2023 года по апрель 2024 года. Первоначальный анализ сосредоточился на слабых сигналах от простейших взаимодействий WIMP, но последующая проверка расширила параметры поиска для выявления более энергичных взаимодействий. Один из событий выделялся спектром энергии ядерного отдачи, что вызывало сложности в контексте известных фоновых сигналов, связанных с обычной материей.
«Нас очень интересует это событие в данных, в области, где мы ожидаем появления тёмной материи и уровень фонового сигнала очень низок», — заявил Рик Гейтскелл, профессор Брауновского университета и представитель LUX-ZEPLIN. «Сейчас, имея всего одно событие, не стоит спешить с выводами. Мы не утверждаем, что увидели тёмную материю, но нам есть что интересное обсудить с научным сообществом».
Дальнейшие шаги
Результаты были представлены на конференции по астрофизике частиц в Японии и будут опубликованы в журнале Physical Review Letters. Анализ команды исследователей показал, что частица, ответственная за аномалийное событие, могла бы иметь более чем 200-кратную массу протона — если бы это действительно оказалась частица тёмной материи. Однако на это делать заключения пока рано. Значимость обнаружения по шкале сигм составила 2.6, что гораздо ниже стандартного порога в 5 сигм для утверждения открытия. По имеющимся статистическим данным, вероятность того, что событие объясняется известными взаимодействиями, составляет около 0.5%.
Дэниел Акериб, физик из Лаборатории SLAC и участник научной группы LUX-ZEPLIN, отметил, что для окончательного решения многолетних загадок тёмной материи потребуется больше одного аномального события. «Необходимо увидеть подтверждение результата, изучить его взаимодействия с материей, возможно, наблюдая его в другом изотопе — например, в жидком аргоне», — сказал он.
История тёмной материи
Загадка тёмной материи уходит корнями в 30-е годы XX века, когда швейцарский астроном Фриц Цвикки заметил, что общая масса галактик в класте Кома должна быть сотни раз больше, чем допустимо учитывать по видимому звёздному свету. В 70-х годах американка Вера Рубин обнаружила, что проблема «пропавшей массы» затрагивает широкий спектр галактик. Астрономы пришли к выводу, что отсутствующая масса состоит из невидимой материи. Однако что это за материя, остаётся открытым вопросом.
На сегодняшний день WIMPs остаются главными претендентами в разгадке этой тайны. Некоторые физики также выдвигали гипотезы, что тёмные объекты, такие как бродячие планеты или первичные чёрные дыры, могли бы составить недостающую массу. Однако астрономические исследования показали, что недостаточно таких массивных компактов для объяснения преобладания тёмной материи. В поле зрения попадают и другие возможные кандидаты, такие как сильно взаимодействующие массивные частицы (SIMP) и теоретические лёгкие субатомные частицы — аксионы.
На данный момент LUX-ZEPLIN не единственный эксперимент, который ищет признаки тёмной материи. Параллельно проходят исследования в рамках проекта XENON в Италии и подземной лаборатории в Китае. Учёные утверждают, что около 5% массы-энергии Вселенной состоит из обычной материи, 27% — из тёмной материи, а оставшиеся 68% — это тёмная энергия, силе которой приписывают ускорение расширения Вселенной.
Мнение SpaceDiscover
Возрастающий интерес к работам LUX-ZEPLIN задаёт оптимистичный тон будущим исследованиям. Даже одно аномальное событие способно пробудить новые гипотезы и принести коллекцию идей для поиска тёмной материи. Каждое новое открытие, пусть и предварительное, приближает нас к пониманию тех загадок, которые остаются нерешёнными уже на протяжении десятилетий. Мы с нетерпением ждем дальнейших результатов и подтверждений, чтобы составить более полное представление о тёмной материи.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
