У пошуках темної матерії вчені виявили дещо дивне

В даних детектора гіпотетичної частинки темної матерії виявлено аномалію, яку дослідники не можуть пояснити відомими фоновими сигналами від звичайної матерії.

Про це повідомляють в Університеті Каліфорнії (UC), передають OstanniPodii.com.

Темна матерія — невидима речовина, що становить близько 85 % маси Всесвіту, — є однією з найбільших невирішених наукових загадок. Ми знаємо про її існування, оскільки можемо виявити її гравітаційний вплив на такі явища, як викривлення світла та швидкість обертання галактик. Однак вченим досі не вдалося безпосередньо виявити навіть жодної частинки темної матерії, тому ми не знаємо, з чого вона складається та як взаємодіє зі звичайною матерією.

Аномалія в даних детектора темної матерії

Цього тижня в рамках експерименту під назвою LUX-ZEPLIN (LZ) — високотехнологічного детектора темної матерії, закопаного на глибині 1,5 кілометра під землею в Південній Дакоті, — було оголошено про цікаве виявлення: взаємодію частинок, яку дослідники не можуть пояснити відомими фоновими сигналами від звичайної матерії. Цей результат поки що не можна назвати повноцінним відкриттям, але він є найпереконливішою підказкою щодо темної матерії, про яку досі повідомлялося в рамках цього експерименту.

«Цей результат надзвичайно захоплює та може бути першою підказкою про сигнал темної матерії, хоча поки що ми не можемо стверджувати цього напевно», — сказала астрофізикиня з UC в Лос-Анджелесі та співавторка дослідження Альвін Камаха, одна з 250 вчених з усього світу, які співпрацюють у рамках експерименту LZ.

Проєкт LZ спрямований на пошук характерних спалахів світла, що виникають внаслідок накопичення енергії в детекторі, який містить 10 тонн надчистого рідкого ксенону. Експеримент призначений для виявлення явища, відомого як WIMP, або «масивна частинка зі слабкою взаємодією». Ці гіпотетичні частинки, якщо вони існують, мали б достатню масу, щоб взаємодіяти з гравітацією. Однак ніхто не знає цього напевно, оскільки їх ніколи не спостерігали. Багато фізиків вважають, що WIMP насправді можуть бути темною матерією.

Ретельний аналіз даних, зібраних експериментом LZ за 220 днів, зафіксував одну аномальну взаємодію частинок. Раніше учасники колаборації вже досліджували цей набір даних на наявність слабких сигналів від найпростіших видів взаємодій WIMP. У ході нового аналізу шукали ширший спектр можливих взаємодій WIMP, які могли б накопичувати більше енергії в детекторі.

Потрібні додаткові спостереження

Якщо аномальне явище було спричинене темною матерією, WIMP, що його породив, ймовірно мав би масу щонайменше 200 гігаелектронвольт, або понад 200 разів більшу за масу протона. Це також вказувало б на специфічний тип взаємодії між WIMP та звичайною матерією, що виходить за межі найпростішої моделі. Результати експерименту LZ не досягли рівня значущості «5-сигма» — статистичного порогу, який у фізиці вважається відкриттям. Новий аналіз має рівень значущості 2,6-сигма, що означає: ймовірність того, що це явище можна пояснити відомими фоновими ефектами, становить приблизно 0,5 %.

Завдяки додатковим даним дослідники зможуть перевірити, чи значущість цього відкриття продовжуватиме зростати, чи зникне. LZ вже накопичив найбільший у світі масив даних про темну матерію та продовжуватиме збирати дані пошуку WIMP, що суттєво покращить статистику їхніх досліджень.

«Випадки-винятки в даних не є несподіваними, але зазвичай, якщо розглянути їх глибше, вони виявляються певним видом фонового шуму», — сказав Аарон Маналайсай, фізик з Берклі-Лаб та голова інституційної ради LZ. «Це перший приклад у будь-якому експерименті, над яким я працював, коли аномальне явище виглядає обґрунтованим у всіх відношеннях. Звісно, ми досі ламаємо голову, намагаючись з’ясувати, чи не пропустили ми якийсь рідкісний механізм фонового шуму, але дуже захоплює міркувати, чи не може це бути першою підказкою щодо спостереження темної матерії».