Статистическая значимость составила 2,6 сигмы
Физики из эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) обнаружили одно высокоэнергетическое событие, которое могло возникнуть при столкновении частицы темной материи с ядром ксенона. Энергия ядерной отдачи составила около 248 килоэлектронвольт, а глобальная статистическая значимость отклонения от фоновой модели достигла 2,6 стандартного отклонения. Об этом представитель коллаборации Сэм Эриксен (Sam Eriksen) сообщил на конференции TeVPA 2026, результаты представлены на сайте эксперимента, там же доступен препринт.
Согласно современным представлениям, темной материи во Вселенной примерно в пять раз больше, чем обычного вещества. Однако физики до сих пор не выяснили, из чего она состоит. Одна из популярных гипотез предполагает существование массивных слабовзаимодействующих частиц — вимпов. Если такая частица столкнется с ядром атома внутри детектора, она может передать ему часть своей энергии и вызвать ядерную отдачу. Стандартные поиски в ксеноновых детекторах охватывают преимущественно энергии ядер отдачи ниже 55 килоэлектронвольт, поскольку в простейших моделях число ожидаемых событий быстро уменьшается с ростом энергии. Ранее LZ не обнаружил таких частиц, но установил наиболее жесткие на тот момент ограничения на их параметры. Однако неупругие взаимодействия могут вызывать отдачи значительно большей энергии, которые прежний анализ не охватывал.
Физики из эксперимента LZ под руководством Рика Гейтскелла (Rick Gaitskell) из Брауновского университета расширили область поиска до 270 килоэлектронвольт и проверили 616 вариантов взаимодействия темной материи. Для этого они использовали двухфазный эмиссионный детектор с семью тоннами жидкого ксенона, расположенный на глубине около полутора километров в подземном исследовательском центре Стэнфорда. После отбора по качеству в анализ вошли 220 суток наблюдений с рабочей массой ксенона 4,7 ± 0,2 тонны и экспозицией 2,8 тонно-года. Всего детектор зарегистрировал 1710 событий при ожидании 1713 ± 39 фоновых событий.
Одно событие, зарегистрированное 16 июня 2023 года и получившее обозначение LZ230616, оказалось далеко от основной массы фоновых событий. Оно произошло внутри рабочего объема, в 26,4 сантиметра от катода и 26,9 сантиметра от стенки камеры, и не сопровождалось откликом детекторов фона. Энергия ядерной отдачи составила около 248 килоэлектронвольт. Амплитуда первичной сцинтилляционной вспышки составила около 540 зарегистрированных фотонов. За всю проанализированную экспозицию фоновая модель предсказывала в диапазоне от 500 до 600 фотонов всего около 0,011 события.
По оценкам ученых, кандидат вряд ли возник из-за солнечных или атмосферных нейтрино, нейтронов, случайного совпадения сигналов или многократного рассеяния с неполным сбором заряда. Для наиболее подходящей модели темной материи локальная значимость отклонения составила 3,4 стандартного отклонения. Однако после учета перебора 616 моделей глобальная значимость снизилась до 2,6 стандартного отклонения, чего недостаточно, чтобы однозначно заявить об открытии. Исследователи пока не исключили неизвестный инструментальный фон и продолжат набирать данные как минимум до 2028 года. Если событие LZ230616 действительно связано с темной материей, увеличение статистики должно привести к появлению новых сигналов с похожими характеристиками.
Ранее физики из эксперимента LZ увидели солнечные нейтрино и установили ограничения на параметры темной материи малой массы.