Как следует из названия, темная материя темная! Это значит, что она в значительной степени невидима для нас и может быть обнаружена только через ее взаимодействие с гравитацией. Одной из ведущих теорий, объясняющих вещество, составляющее большую часть материи во Вселенной, являются WIMPs, слабовзаимодействующие массивные частицы. Но это всего лишь теории, и ни одна из них не была обнаружена. Новый захватывающий эксперимент под названием LUX-ZEPLIN только что завершил 280 дней сбора данных, но до сих пор не было обнаружено ни одного WIMPs выше 9 ГэВ/c2. Однако есть планы сузить поиск.
Концепция темной материи была впервые предложена Фрицем Цвикки в 1930-х годах, который заметил, что галактики движутся слишком быстро, чтобы удерживаться вместе «нормальной» видимой материей. Его работа была расширена Верой Рубин в 1970-х годах, которая подтвердила, что звезды вокруг внешних областей галактик движутся быстрее, чем ожидалось. Вывод этих наблюдений заключается в том, что существует некая форма невидимой материи, составляющая около 85% массы Вселенной. Новые результаты LUX-ZEPLIN ориентируются на модель WIMP для описания природы темной материи.
LUX-ZEPLIN — это прибор, предназначенный для обнаружения темной материи. Расположенный на глубине 1,6 км под землей в подземном исследовательском центре Сэнфорда в Южной Дакоте, это огромный резервуар, заполненный 10 тоннами жидкого ксенона, ожидающий и наблюдающий за крошечными взаимодействиями между темной материей и обычными частицами. Он защищен от космического излучения и другого фонового шума конструкцией из слоев луковицы, где каждый слой блокирует излучение или отслеживает взаимодействия частиц, чтобы исключить ошибочные взаимодействия темной материи. Принцип прост: проходящий WIMP может столкнуться с ядром ксенона, заставляя его двигаться и испускать свет и электроны в процессе. Именно эти сигналы ищут команды. Наряду с новыми аналитическими методами команды, использующие его, надеются, что они наконец раскроют тайны темной материи.
После 280 дней сбора данных не было обнаружено ни одного WIMP темной материи. Сосредоточив свое внимание на WIMP с массой более 9 ГэВ/c2, команда ничего не обнаружила, несмотря на чувствительность детектора. Исследовав 9 ГэВ/c2, команда планирует начать исследование различных уровней энергии по мере продолжения охоты. Результаты были объявлены на двух физических конференциях 26 августа TeV Particle Astrophysics 2024 в Чикаго и LIDINE 2024 в Сан-Паулу.
Команда применила интересную новую технику под названием «salting», которая добавляет фальшивые сигналы WIMP во время сбора данных. Подход скрывает реальные данные до самого конца, пока техника «unsalting» не удаляет их. Это позволяет избежать неосознанной предвзятости и не дает исследователям чрезмерно интерпретировать данные.
За несколько лет и к 2028 году команда планирует собрать по крайней мере 1000 дней данных, которые будут проанализированы с использованием новых методов. Они будут использовать эти данные для изучения других редких явлений, таких как распад атомов ксенона, двойной бета-распад без нейтрино и нейтрино Born-8 от Солнца. Еще многое предстоит сделать, но 250 ученых LUX-ZEPLIN полны надежд. Координатор по физике LUX-ZEPLIN Скотт Кравиц из Техасского университета прекрасно подытожил: «Наша способность искать темную материю улучшается со скоростью, превышающей закон Мура. Если вы посмотрите на экспоненциальную кривую, все, что было до сих пор, — ничто. Просто подождите, и вы увидите, что будет дальше».
Источник: Эксперимент устанавливает новый рекорд в поисках темной материи
