В ходе эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) зафиксировано одно взаимодействие частиц, которое трудно объяснить известными фоновыми сигналами от обычной материи. Об этом сообщает SciTechDaily. Хотя результат не достигает статистической значимости, необходимой для заявления об открытии, это самый сильный намёк на тёмную материю, полученный LZ за всё время работы.
Установка LZ объединяет 250 учёных и инженеров из 39 организаций. Проектом управляет Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли, входящая в структуру Министерства энергетики США. Детектор расположен почти на милю под землёй в подземной исследовательской лаборатории Сэнфорда (SURF) в Южной Дакоте. Его основу составляют 10 тонн особо чистого жидкого ксенона, с помощью которого учёные ищут возможные столкновения с частицами тёмной материи, в частности с гипотетическими частицами WIMP (слабовзаимодействующие массивные частицы).
Новые результаты были представлены на научной конференции по физике элементарных частиц TeV Particle Astrophysics 2026 в Японии. Статья должна быть опубликована в онлайн-репозитории arXiv и направлена в журнал Physical Review Letters. «Мы очень заинтригованы, увидев это событие в данных — именно в той области, где мы ожидаем появления тёмной материи и где конкурирующие фоновые сигналы очень слабы, — заявил Рик Гейтскелл, профессор Университета Брауна и представитель коллаборации LZ. — Но при одном событии не стоит забегать вперёд. Мы не утверждаем, что увидели тёмную материю. Однако мы обнаружили нечто интересное, чем хотим поделиться с научным сообществом для получения обратной связи».
Для этого анализа специалисты изучили 220 дней «живых» данных, собранных с марта 2023 года по апрель 2024 года. Ранее та же выборка уже проверялась на слабые сигналы от простейших форм взаимодействия WIMP. Теперь поиск расширили, включив другие возможные типы взаимодействия, способные высвобождать больше энергии внутри детектора. «Это было детальное исследование в области, которую мы ещё не изучали в рамках данного набора данных, и мы потратили месяцы дополнительных усилий, чтобы понять все возможные причины фоновых событий, — пояснил Сэм Эриксен, старший научный сотрудник Бристольского университета в Великобритании и ведущий автор работы. — Мы настолько хорошо понимаем свой детектор и фоновые процессы, что даже одно выдающееся событие, подобное найденному, имеет значение. Мы ожидаем, что события тёмной материи крайне редки, поэтому всего лишь несколько из них могли бы означать первое обнаружение тёмной материи в виде WIMP».
Если бы необычное событие действительно породила тёмная материя, ответственная за него частица WIMP, вероятно, имела бы массу не менее 200 ГэВ/c² (гигаэлектронвольт), то есть более чем в 200 раз превышала бы массу протона. Такой результат указывал бы и на особый тип взаимодействия WIMP с обычной материей, выходящий за рамки простейших моделей, которые учёные искали традиционно. Однако пока доказательств недостаточно для признания открытия: физики обычно требуют значимости «5 сигма», а новый анализ LZ показывает 2,6 сигма, что соответствует примерно 0,5% вероятности того, что событие объясняется известными фоновыми процессами.
Дальнейшие наблюдения помогут понять, станет ли сигнал более значимым или в итоге растворится в статистическом фоне. LZ уже собрала крупнейший в мире набор данных для поиска тёмной материи и продолжит накапливать информацию о WIMP в SURF. Тёмную материю нельзя увидеть напрямую, поэтому детектор фиксирует косвенные признаки столкновения частиц: при передаче энергии внутри установки жидкий ксенон испускает характерные вспышки света, которые регистрируют чувствительные приборы. Чтобы отличить возможное взаимодействие тёмной материи от сигналов обычных частиц, применяются многослойная защита и сложные методы анализа. Почти миля породы над экспериментом блокирует значительную часть космического излучения, а окружающий резервуар с водой и дополнительные внешние детекторы защищают центральный прибор от фоновых нейтронов.