Странная вспышка, зафиксированная на глубине одного километра под землей, может быть первым реальным признаком прохождения темной материи сквозь нашу

Темная материя составляет приблизительно 85% массы Вселенной, но ее природа остается одной из величайших загадок современной физики, поскольку она никогда не была обнаружена напрямую.

На этот раз, после анализа данных, собранных за 220 дней в период с марта 2023 года по апрель 2024 года, детектор зафиксировал событие с неожиданно высокой энергетической характеристикой.

Чтобы понять значение этого открытия, полезно представить себе кандидатов в темную материю, известных как WIMP (слабо взаимодействующие массивные частицы), как настоящие «частицы-призраки».

Они постоянно перемещаются по космосу, проходя сквозь обычную материю — включая нашу планету и нас самих — практически не касаясь ничего.

Однако в крайне редких случаях одна из них сталкивается лоб в лоб с ядром атома ксенона внутри детектора, подобно тому, как невидимый бильярдный шар ударяет по видимому.

Зарегистрированная вспышка показала настолько высокую энергию, что это позволяет предположить, что участвовавшая частица представляла собой истинный субатомный «тяжеловес» с массой, по меньшей мере, в 200 раз превышающей массу протона.

Это ключевое открытие, поскольку форма и интенсивность столкновения показывают, что темная материя и обычная материя могут взаимодействовать по правилам, гораздо более сложным, экзотическим и захватывающим, чем те, которые предполагаются простейшими теоретическими моделями.

Научная осторожность и правило «5 сигм»

Несмотря на энтузиазм, вызванный этим открытием, физики остаются крайне осторожными. Статистическая значимость наблюдения достигает уровня 2,6 сигма, что подразумевает вероятность того, что событие вызвано неизвестным фоновым шумом, примерно в 0,5%.

В физике элементарных частиц стандарт, необходимый для официального объявления открытия, составляет 5 сигма — строгий порог, разработанный для предотвращения ложных срабатываний.

«Нас очень заинтересовало это событие, обнаруженное в данных, в области, где, как мы ожидаем, должна появиться темная материя и где помехи крайне низки», — сказал Рик Гейтскелл, представитель проекта LUX-ZEPLIN и профессор Брауновского университета.

«Учитывая, что это всего лишь одно событие, мы не хотим забегать вперед. Мы не утверждаем, что обнаружили темную материю, но мы увидели нечто захватывающее, чем хотим поделиться для анализа научным сообществом».

Детектор работает с тоннами сверхчистого жидкого ксенона на экстремальных глубинах, чтобы изолировать любое излучение от внешней среды.

Аарон Маналайсай, физик из Берклиевской национальной лаборатории, подчеркнул уникальность записи:

«Это первый пример в любом эксперименте, над которым я работал, аномалии, которая кажется достоверной во всех отношениях. Конечно, мы все еще ломаем голову, пытаясь понять, не упустили ли мы какой-то странный механизм, но интересно подумать, может ли это быть первым ключом к пониманию темной материи».

Ожидаются дополнительные данные для подтверждения полученных результатов.

Независимые эксперты, такие как астрофизик из Гарвардского университета Ави Лоэб, указывают на то, что история науки полна предварительных сигналов с уровнем значимости 2 или 3 сигма, которые в конечном итоге исчезают по мере сбора большего количества данных.

По мнению исследователя, этот результат является показателем, заслуживающим тщательного изучения, прежде чем делать поспешные выводы.

«Прогресс в науке обусловлен увеличением объема данных и совершенствованием инструментов, а не убеждениями.

Окончательная судьба этого открытия будет определена не дальнейшим анализом того же набора данных, а наблюдением за тем, увидит ли детектор следующего поколения, такой как XLZD, этот же сигнал снова с улучшенной статистикой или он исчезнет, ​​как это исторически происходило с большинством подобных сигналов», — заключил астрофизик.