До останнього часу існування темної матерії підтверджувалося лише опосередкованими астрофізичними спостереженнями — за кривими обертання галактик, гравітаційним лінзуванням та параметрами реліктового випромінювання. Однак експеримент LZ, розгорнутий у Sanford Underground Research Facility на півдні Дакоти (США), зафіксував поодинокую подію, яка не вкладається в жодну з відомих наукових моделей. Про це повідомляє РБК-Україна з посиланням на дослідження, опубліковане в межах Sanford Underground Research Facility.
Як влаштований детектор LZ
Щоб схопити унікальну частинку, вчені збудували детектор на глибині майже 1,6 км під землею. Шар горних порід екранує прилад від космічного випромінювання, а резервуар із водою блокує нейтрони, здатні створити хибні сигнали. Всередині детектора розміщено понад сім тонн надчистого рідкого ксенону. Принцип дії ґрунтується на реєстрації слабковзаємодіючих масивних частинок — WIMP: коли гіпотетична частинка темної матерії зіткнується з ядром атома ксенону, виникає коротка спалах світла та потік електронів, які і фіксуються детектором.
«Голка в копиці сіна»: як шукали сигнал
Пошук поодинокої події на тлі випадкових процесів вчені порівнюють із пошуком «голки в копиці сіна». Команда проаналізувала дані за 220 днів роботи детектора. На першому етапі прості класичні моделі не дали результатів, однак після розширення критеріїв під складніші теоретичні сценарії дослідники виявили одну унікальну подію, зафіксовану 16 червня 2023 року.
Що зафіксували фізики
Зафіксована подія має рівень достовірності близько трьох сигма, що відповідає ймовірності випадкового збігу порядку одного до чотирьохсот. Для офіційного оголошення наукового відкриття в фізиці частинок потрібен більш строгий стандарт — п'ять сигма. Результати дослідження вже були представлені на астрофізичній конференції в Японії, де команда описала характеристики аномальної події та методологію її виділення з фону.
Суперечливі дані
Тут важливо чесно відобразити розбіжність між медійною подачею та позицією самих фізиків. З одного боку, ряд видань характеризує подію як «прорив» і можливе «виграння себе» темною матерією. З іншого боку, спікер колаборації LZ Річард Гейтскелл підкреслює, що команда свідомо стримується від прямих заяв про виявлення темної матерії: рівень у три сигма нижче порогу відкриття, і існує ймовірність, що зафіксовано взаємодію звичайної матерії, механізм якої вчені поки не до кінця розуміють. Отже, єдиної згоди щодо природи події на даний момент немає.
Що далі: підтвердження та паралельні експерименти
Наразі фізики аналізують масив даних, у чотири рази більший, ніж зібраний до червня 2023 року, що дозволить або посилити, або спростувати початковий сигнал. Також очікується підтвердження або спростування результатів у подібних експериментах із рідким ксеноном, які проводяться в Італії та Китаї. Сукупність даних з кількох незалежних детекторів стане ключовим критерієм для переходу від поодинокої аномалії до визнаного наукового результату.
