Skip to content
Еден речиси незабележлив блесок во детектор поставен околу 1,5 километар под земја можеби е првиот директен траг од материјата што го обликува универзумот, а никој досега не успеал да ја види.
Експериментот LUX-ZEPLIN, познат како LZ, регистрирал единствена честична интеракција која научниците засега не можат убедливо да ја објаснат со познатите извори на позадински сигнали. Настанот има карактеристики што би можеле да одговараат на судир меѓу атом на ксенон и WIMP – хипотетичка масивна честичка со слаба интеракција и еден од водечките кандидати за темната материја.
Но, научниците не прогласуваат откритие. Засега имаат само еден необичен настан, а не доволно докази дека човештвото конечно ја регистрирало невидливата материја која сочинува околу 85 проценти од целата материја во универзумот.
Резултатот беше претставен на конференцијата TeV Particle Astrophysics во Јапонија, а трудот треба да биде објавен во репозиториумот arXiv и доставен до научното списание Physical Review Letters.
Што забележал детекторот
Детекторот LZ се наоѓа во поранешен рудник за злато, во рамките на подземната истражувачка лабораторија „Санфорд“ во американската сојузна држава Јужна Дакота. Поставен е на длабочина од приближно 1.500 метри и користи околу десет тони ултрачист течен ксенон.
Толкавата длабочина не е случајна. Карпите над лабораторијата го штитат детекторот од космичките зраци и од дел од честичките што постојано ја бомбардираат Земјата. Дополнителна заштита обезбедуваат резервоар со прочистена вода и надворешни детектори, чија задача е да ги препознаат неутроните и другите сигнали што можат лажно да наликуваат на темна материја.
Кога честичка ќе удри во јадрото на атом на ксенон, јадрото се поместува и ослободува мала количина енергија. Детекторот тогаш регистрира слаб блесок на ултравиолетова светлина и ослободени електрони. Од јачината, времетраењето и местото на овие сигнали научниците се обидуваат да утврдат каква честичка го предизвикала настанот.
Токму таков слаб блесок бил забележан во податоците собрани во текот на 220 активни денови, меѓу март 2023 и април 2024 година.
Зошто настанот е толку необичен
Новата анализа опфатила поширок спектар можни интеракции од претходните пребарувања. Во тој дел од податоците научниците очекувале исклучително мал број сигнали од обичната материја, но пронашле една интеракција која ги поминала проверките и не покажала јасни карактеристики на позната пречка или грешка.
Необичните настани не се реткост во чувствителните детектори. Најчесто, по детална анализа, се открива дека се предизвикани од радиоактивност, неутрони, космички зраци, електронски шум или некој друг познат процес.
Овој настан, според истражувачите, засега изгледа валиден при секоја направена проверка. Се појавил и во делот од мерењата каде што би се очекувала интеракција со темната материја, а бројот на конкурентни позадински сигнали е многу мал.
Доколку станува збор за WIMP, пресметките покажуваат дека честичката веројатно би имала маса од најмалку 200 GeV/c² – повеќе од 200 пати од масата на протонот. Нејзиниот судир со обичната материја би бил посложен од наједноставниот модел што физичарите досега го разгледувале.
Зошто сè уште не е откритие
Најголемата пречка е тоа што е забележан само еден настан.
Анализата достигнала статистичка значајност од 2,6 сигма. Според пресметките на тимот, постои приближно 0,5 проценти веројатност познатите позадински процеси да произведат ваков резултат.
Тоа е доволно за настанот да биде интересен, но не и за да се прогласи научно откритие. Во физиката вообичаено се бара значајност од 5 сигма, при која веројатноста резултатот да е случајна статистичка флуктуација станува исклучително мала.
„Не тврдиме дека сме ја виделе темната материја“, нагласува Рик Гејтскел од Универзитетот „Браун“, портпарол на соработката LZ.
Можно е детекторот да регистрирал исклучително редок, но сè уште непознат позадински процес. Можно е и со дополнителните податоци статистичката значајност на сигналот да се намали и необичниот настан да остане изолиран исклучок.
Што е потребно за потврда
LZ продолжува да собира податоци. Доколку во следните мерења се појават уште неколку интеракции со слична енергија и карактеристики, значајноста на резултатот би можела да се зголеми и да се доближи до прагот потребен за откритие.
Научниците истовремено ќе продолжат да бараат можно објаснување во детекторот, материјалите околу него, радиоактивноста и ретките интеракции на познатите честички.
Особено силна потврда би била независна регистрација на сличен сигнал во друг подземен експеримент. Повеќе тимови во САД, Италија, Канада и Кина користат различни детектори за да ја бараат истата невидлива компонента на универзумот.
Темната материја не испушта и не одбива светлина, па не може директно да се забележи со телескоп. Нејзиното постоење се заклучува од гравитациското влијание врз галаксиите и галактичките јата. Без дополнителната невидлива маса, нивното движење и формирање не би можеле да се објаснат со материјата што ја гледаме.
Единствениот настан во Јужна Дакота може да исчезне меѓу идните податоци како статистичка случајност. Но, ако детекторот забележи уште неколку вакви судири, слабиот подземен блесок би можел да стане првиот директен поглед кон невидливиот дел од универзумот.
