Ученые нашли необъяснимую аномалию, похожую на след неуловимых частиц темной материи

Ученые из Шеффилдского университета в рамках международного проекта LUX-ZEPLIN (LZ) зафиксировали необычный сигнал, который может быть связан с частицами темной материи. Это событие было обнаружено на самом чувствительном в мире детекторе, расположенном глубоко под землей в Южной Дакоте. Предварительные результаты представлены на конференции по астрофизике частиц в Японии, а статья направлена в журнал Physical Review Letters.

В мире физики произошло событие, которое привлекло внимание всего научного сообщества. Эксперимент LZ, который считается самым чувствительным охотником за темной материей, зарегистрировал нечто необычное. Детектор, спрятанный на глубине почти полтора километра под землей в шахте в Южной Дакоте, уловил один странный сигнал. Этот сигнал очень похож на тот, который должны оставлять гипотетические частицы: слабо взаимодействующие массивные частицы, или WIMP. Именно их многие ученые считают главными кандидатами на роль строительных блоков темной материи, которая, по расчетам, составляет 85 процентов всей материи во Вселенной.

Сам детектор представляет собой гигантский резервуар с десятью тоннами жидкого ксенона. Когда какая-то частица попадает в этот холодный газ, она вызывает крошечную вспышку света. Задача ученых в том, чтобы отличить сигнал обычных частиц, которые постоянно нас окружают, от редкого отпечатка темной материи.

Чтобы отсеять лишний шум, исследователи используют естественную защиту: толщу горной породы, которая не пропускает космические лучи, специальные водяные резервуары и внешние датчики, которые ловят посторонние нейтроны. Кроме того, мощные компьютерные программы помогают отбрасывать ложные срабатывания, оставленные обычным веществом.

Новый анализ охватил 220 дней работы детектора в период с марта 2023 по апрель 2024 года. В этот раз ученые искали не самые простые виды взаимодействий WIMP, а те, которые передают детектору больше энергии. И вот в этих данных проявилось одно событие, которое команда ученых не смогла списать на известные фоновые эффекты. Оно попало как раз в ту область, где физики ожидают увидеть темную материю, а посторонние помехи крайне слабы. Профессор Дэн Тови из Шеффилдского университета, который руководит группой LZ, называет этот результат очень интригующим: одного события, конечно, мало для окончательного заявления об открытии, но все проверки показывают, что это не какой-то обычный сбой в работе приборов.

Если предположить, что аномалия действительно вызвана темной материей, то масса этой частицы должна быть как минимум в двести раз больше массы протона. Это также указывало бы на нестандартный тип взаимодействия, более сложный, чем предсказывают простейшие теории.

Однако статистическая значимость события пока достигает лишь уровня 2,6 сигма. Что это значит на практике? В физике открытием считается порог в 5 сигма, когда вероятность случайности составляет примерно одну на три с половиной миллиона. Здесь же вероятность того, что сигнал можно объяснить обычными фоновыми процессами, составляет около половины процента, и это заставляет ученых быть предельно осторожными.

Сейчас исследователи продолжают сбор данных, и только новые наблюдения покажут, станет ли этот сигнал сильнее или, напротив, рассеется как статистический шум. Руководители проекта подчеркивают, что аномалии в данных случались и раньше, но обычно при более детальном рассмотрении они оказываются просто помехами.

Однако в этот раз аномалия выглядит на редкость убедительной, и физики признаются, что впервые за многие годы работы всерьез задумываются: а не увидели ли они тот самый неуловимый след темной материи? Пока это лишь догадка, но даже она вселяет огромный оптимизм, ведь всего одно правдоподобное событие может стать началом новой главы в физике.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях