Физики зарегистрировали упругое когерентное рассеяние солнечных нейтрино

Физики из эксперимента XENONnT зарегистрировали упругое когерентное рассеяние солнечных нейтрино на ядрах ксенона. Это удалось сделать при помощи детектора для поиска темной материи. Об этом ученые сообщили на конференции IDM, а также в коротком сообщении на официальном сайте эксперимента.

Одна из наиболее популярных гипотез о составе темной материи предполагает наличие во Вселенной большого количества массивных, нейтральных и крайне слабо взаимодействующих с остальным веществом частиц — вимпов (от английского WIMP — Weakly Interacting Massive Particles). Физики по всему миру пытаются зарегистрировать частицы темной материи, чтобы подтвердить эту гипотезу, но пока безрезультатно. Для этих целей ученые строят высокотехнологичные детекторы, которые размещают в подземных лабораториях для уменьшения фона, генерируемого космическим излучением. Однако существует фон, от которого невозможно спрятаться даже под толщей земли — фон от солнечных и атмосферных нейтрино. Эти нейтрино могут взаимодействовать с ядрами атомов вещества детекторов по каналу упругого когерентного рассеяния и генерировать сигналы, аналогичные ожидаемым от вимпов.

Отсутствие сигналов от вимпов мотивирует ученых развивать технологии и строить все более чувствительные детекторы, для которых фон от нейтрино уже может представлять проблему для поиска темной материи. Кроме того, изучение непосредственно нейтринного сигнала от Солнца — это сама по себе важная задача. Впрочем, чувствительности детекторов по поиску темной материи до сих пор было недостаточно, чтобы зарегистрировать события от нейтрино, и уж тем более чтобы этот фон серьезно мешал экспериментам.

10 июля 2024 года член коллаборации XENONnT Гао Фэй (Fei Gao) объявил на конференции IDM о первой регистрации нейтрино, которые образовались в реакциях на Солнце в основном при участии изотопа бор-восемь (⁸В) в pp-цикле. Для этого физики использовали двухфазный ксеноновый детектор, заполненный 5,9 тонны ультрачистого жидкого ксенона, расположенный в национальной подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии.

Ученые проанализировали данные, набранные за два года работы эксперимента, и обнаружили превышение количества сигналов в области малых энергий ядер отдачи над предполагаемым фоном. Это превышение оказалось в согласии с ожидаемым сигналом от упругого когерентного рассеяния, вызванного потоком солнечных нейтрино от бора-восемь. Статистическая значимость результата составила 2,7 сигма, что соответствует вероятности 0,35 процента, что это превышение возникло из-за флуктуаций фона.

Хотя упругое когерентное рассеяние нейтрино уже было зарегистрировано в эксперименте COHERENT на импульсном ускорителе, измерение коллаборации XENONnT становится первой регистрацией этого процесса от астрофизического источника, а также его первым измерением на ядрах ксенона.

Ученым уже удавалось зарегистрировать процесс упругого когерентного рассеяния нейтрино на ускорителе, а теперь и от астрофизического источника. Однако физикам пока не удается увидеть этот процесс для реакторных антинейтрино.