|
Необъяснимое событие указывает на тёмную материю
|
|
|
|
Согласно результатам анализа, проведённого учёными из Шеффилдского университета, необъяснимый сигнал, зафиксированный в ходе самого чувствительного в мире эксперимента по поиску тёмной материи, может стать серьёзным прорывом в поисках неуловимого вещества. Последние результаты эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) дают новые интригующие сведения о загадочном веществе, которое составляет 85% всей материи во Вселенной.
|
|
|
|
Детектор LZ, расположенный на глубине почти 1,5 километра в подземном исследовательском центре Сэнфорд в Южной Дакоте, зафиксировал взаимодействие, которое можно интерпретировать как сигнал от слабо взаимодействующих массивных частиц (вимпов) — одного из основных кандидатов на роль тёмной материи.
|
|
|
|
Эти результаты, полученные в ходе масштабного международного исследования с участием учёных из Шеффилдского университета, являются наиболее убедительными на сегодняшний день.
|
|
|
|
На протяжении большей части XX века учёные пытались понять природу тёмной материи, но это невидимое вещество так и не было обнаружено напрямую. Определение его точной природы остаётся одним из величайших нерешённых вопросов в физике.
|
|
|
|
|
|
|
В ходе нового анализа данных эксперимента LZ было зафиксировано необъяснимое взаимодействие частиц, которое исследователи не могут легко объяснить с помощью известных фоновых сигналов от обычной материи. Хотя полученный результат пока не соответствует статистическому пороговому значению, необходимому для того, чтобы с уверенностью говорить об открытии, подтверждение с помощью новых данных может изменить наше представление о Вселенной.
|
|
|
|
Профессор Дэн Тови, руководитель исследовательской группы LZ в Университете Шеффилда, сказал: «Этот новый результат, полученный в рамках эксперимента LZ, очень интригует. По одному-единственному событию нельзя сделать вывод о том, что мы действительно наблюдаем первые признаки новой физики, но если это так, то последствия для нашего представления о Вселенной будут колоссальными.
|
|
|
|
Была проделана огромная работа, чтобы убедиться, что это событие не связано с более прозаичными процессами, и пока оно прошло все проверки. Однако единственный способ убедиться в этом — собрать больше данных, и именно на этом мы сейчас сосредоточены».
|
|
|
|
В эксперименте используется 10 метрических тонн жидкого ксенона для поиска тёмной материи. Установка оптимизирована для поиска вимпов.
|
|
|
|
LZ ищет тёмную материю, отслеживая характерные вспышки света, возникающие при высвобождении энергии в детекторе. Для предотвращения или учёта взаимодействий частиц, вызванных обычной материей, коллаборация использует несколько методов. Это включает в себя скальную породу длиной в милю, которая защищает детектор от космических лучей, резервуар с водой и внешние детекторы, которые защищают центральный детектор от фоновых нейтронов, а также набор вычислительных инструментов, которые позволяют отделить взаимодействия частиц от фоновых процессов и отсеять ложные сигналы, связанные с темной материей.
|
|
|
|
Результаты были представлены в виде научного доклада на конференции по астрофизике высоких энергий в 2026 году в Японии. Статья будет опубликована в онлайн-хранилище препринтов arXiv и отправлена в журнал Physical Review Letters.
|
|
|
|
«Мы очень заинтригованы тем, что обнаружили это событие в данных, в той области, где, как мы ожидаем, должна проявляться темная материя, а фоновые процессы очень слабые, — говорит Рик Гейтскелл, профессор Университета Брауна и представитель коллаборации LZ.
|
|
|
|
— Поскольку это всего лишь одно событие, мы не хотим забегать вперед. Мы не утверждаем, что обнаружили темную материю. Но мы увидели кое-что интересное и хотим поделиться этим с научным сообществом, чтобы узнать их мнение».
|
|
|
|
Коллаборация LZ изучает экспериментальные данные по частям. В рамках нового исследования ученые проанализировали данные за 220 дней, собранные в период с марта 2023 года по апрель 2024 года. Ранее коллаборация уже проверяла этот набор данных на наличие слабых сигналов от простейших видов взаимодействий вимпов. В ходе нового анализа был изучен более широкий спектр возможных взаимодействий вимпов, которые могли бы высвободить больше энергии в детекторе. LZ особенно чувствителен к таким сигналам, при этом минимизируя количество ложных срабатываний.
|
|
|
|
«Это было детальное исследование области, которую мы не изучали в рамках данного набора данных, и мы потратили несколько месяцев на дополнительные исследования, чтобы понять все возможные причины фоновых событий, — рассказал Сэм Эриксен, старший научный сотрудник Бристольского университета в Великобритании и ведущий автор исследования.
|
|
|
|
— Мы настолько хорошо изучили наш детектор и фоновые процессы, что даже одно необычное событие, подобное тому, которое мы обнаружили, имеет большое значение. Мы ожидаем, что события, связанные с тёмной материей, будут крайне редкими, так что даже несколько таких событий могут стать первым обнаружением тёмной материи в виде вимпов».
|
|
|
|
Если аномальное событие было вызвано тёмной материей, то вимп, который его породил, скорее всего, имел бы массу не менее 200 ГэВ/c2 (гигаэлектронвольт), то есть более чем в 200 раз превышал бы массу протона. Это также указывало бы на особый тип взаимодействия между вимпами и обычной материей, выходящий за рамки простейшей модели. Результаты эксперимента LZ не достигли уровня значимости в 5 сигм — статистического порога, при котором открытие считается подтверждённым. Новый результат анализа составляет 2,6 сигма, то есть вероятность того, что событие может быть объяснено известными фоновыми процессами, составляет примерно 0,5 %.
|
|
|
|
С помощью дополнительных данных исследователи смогут проверить, будет ли значимость этого результата расти или снижаться. Лаборатория Легионов уже собрала крупнейшую в мире базу данных по темной материи и продолжит накапливать данные для поиска вимпов в подземном исследовательском центре Сэнфорд, что существенно улучшит статистику поиска.
|
|
|
|
Аарон Маналаисей, физик из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и председатель попечительского совета Лаборатории Легионов, сказал: «Выбросы в данных не являются чем-то неожиданным, но при более глубоком анализе они обычно оказываются своего рода фоновыми явлениями.
|
|
|
|
Это первый случай в любом эксперименте, в котором я участвовал, когда выброс кажется достоверным во всех отношениях. Конечно, мы все еще ломаем голову над тем, не упустили ли мы какой-то редкий фоновый механизм, но очень хочется верить, что это может быть первым намеком на обнаружение темной материи».
|
|
|
|
Источник
|
