В поисках тёмной материи учёные обнаружили нечто странное

В данных детектора гипотетической частицы тёмной материи обнаружена аномалия, которую исследователи не могут объяснить известными фоновыми сигналами от обычной материи.

Об этом сообщают в Университете Калифорнии (UC), передают OstanniPodii.com.

Тёмная материя — невидимое вещество, составляющее около 85 % массы Вселенной, — является одной из величайших нерешённых научных загадок. Мы знаем о её существовании, поскольку можем обнаружить её гравитационное воздействие на такие явления, как искривление света и скорость вращения галактик. Однако учёным до сих пор не удалось непосредственно обнаружить ни одной частицы тёмной материи, поэтому мы не знаем, из чего она состоит и как взаимодействует с обычной материей.

Аномалия в данных детектора тёмной материи

На этой неделе в рамках эксперимента под названием LUX-ZEPLIN (LZ) — высокотехнологичного детектора тёмной материи, зарытого на глубине 1,5 километра под землёй в Южной Дакоте, — было объявлено об интересном обнаружении: взаимодействие частиц, которое исследователи не могут объяснить известными фоновыми сигналами от обычной материи. Этот результат пока нельзя назвать полноценным открытием, но он является самой убедительной подсказкой относительно тёмной материи, о которой до сих пор сообщалось в рамках этого эксперимента.

«Этот результат чрезвычайно захватывающий и может быть первой подсказкой о сигнале тёмной материи, хотя пока мы не можем утверждать это с уверенностью», — сказала астрофизик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и соавтор исследования Альвин Камаха, одна из 250 учёных со всего мира, сотрудничающих в рамках эксперимента LZ.

Проект LZ направлен на поиск характерных вспышек света, возникающих в результате накопления энергии в детекторе, содержащем 10 тонн сверхчистого жидкого ксенона. Эксперимент предназначен для обнаружения явления, известного как WIMP, или «массивная частица со слабым взаимодействием». Эти гипотетические частицы, если они существуют, должны иметь достаточную массу, чтобы взаимодействовать с гравитацией. Однако никто не знает этого наверняка, поскольку их никогда не наблюдали. Многие физики считают, что WIMP на самом деле могут быть тёмной материей.

Тщательный анализ данных, собранных в ходе эксперимента LZ за 220 дней, зафиксировал одно аномальное взаимодействие частиц. Ранее участники коллаборации уже исследовали этот набор данных на наличие слабых сигналов от простейших видов взаимодействий WIMP. В ходе нового анализа искали более широкий спектр возможных взаимодействий WIMP, которые могли бы накапливать больше энергии в детекторе.

Требуются дополнительные наблюдения

Если аномальное явление было вызвано тёмной материей, то WIMP, породивший его, вероятно, должен был бы иметь массу не менее 200 гигаэлектронвольт, или более чем в 200 раз превышающую массу протона. Это также указывало бы на специфический тип взаимодействия между WIMP и обычной материей, выходящий за пределы самой простой модели. Результаты эксперимента LZ не достигли уровня значимости «5-сигма» — статистического порога, который в физике считается открытием. Новый анализ имеет уровень значимости 2,6-сигма, что означает: вероятность того, что это явление можно объяснить известными фоновыми эффектами, составляет примерно 0,5 %.

Благодаря дополнительным данным исследователи смогут проверить, будет ли значимость этого открытия продолжать расти или исчезнет. LZ уже накопил крупнейший в мире массив данных о тёмной материи и будет продолжать собирать данные по поиску WIMP, что существенно улучшит статистику их исследований.

«Исключительные случаи в данных не являются неожиданными, но обычно, если рассмотреть их глубже, они оказываются определенным видом фонового шума», — сказал Аарон Маналайсай, физик из Беркли-Лаб и председатель институционального совета LZ. «Это первый пример в любом эксперименте, над которым я работал, когда аномальное явление выглядит обоснованным во всех отношениях. Конечно, мы до сих пор ломаем голову, пытаясь выяснить, не упустили ли мы какой-то редкий механизм фонового шума, но очень увлекательно размышлять, не может ли это быть первой подсказкой для наблюдения темной материи».

• Темная материя