Fyzici se snaží vysvětlit možný signál temné hmoty z podzemního detektoru

Jediný záblesk světla uvnitř masivního podzemního detektoru v Jižní Dakotě vyvolal vlnu teoretické aktivity, zatímco fyzici po celém světě závodí v určení, zda tato událost představuje první přímou detekci temné hmoty – a pokud ano, jaký druh částice ji způsobil.

Experiment LUX-ZEPLIN (LZ), detektor obsahující 7 tun kapalného xenonu pohřbený téměř míli pod zemským povrchem v Sanford Underground Research Facility, zaznamenal v červnu 2023 neobvyklou interakci částic. Po měsících analýzy představila spolupráce LZ – 250 vědců a inženýrů z 39 institucí – výsledky 1. září na konferenci TeV Particle Astrophysics 2026 v Japonsku. Tým odhaduje pouze 0,5% šanci, tedy asi 1 ku 200, že signál byl způsoben známým rušením, což řadí výsledek na úroveň 2,6 sigma.wmur

To zdaleka nedosahuje hranice 5 sigma – zhruba 1 ku 3,5 milionu šance na náhodu – která je vyžadována pro ohlášení objevu v částicové fyzice. „Jedna událost sama o sobě nestačí,“ řekla Alvine Kamaha, odborná asistentka fyziky na UCLA a členka spolupráce LZ.wmur

Signál, který se vzpírá jednoduchým vysvětlením

Pozornost vzbudilo zejména to, že událost byla zaznamenána při vyšší energii, než by předpovídaly standardní modely slabě interagujících hmotných částic (WIMP). „Není to to, co byste očekávali od nejobecnějších modelů temné hmoty,“ řekl Henning Flaecher z University of Bristol, který je součástí skupiny LZ. Absence doprovodných srážek s nižší energií činí „vanilkové“ vysvětlení pomocí WIMP krajně nepravděpodobným.newscientist

Během týdnů od oznámení vydali teoretici desítky prací zkoumajících alternativy. Mnohé se soustředí na částici zvanou higgsino, hypotetický superpartner Higgsova bosonu vycházející z teorie supersymetrie. JiJi Fan z Brown University ji označila za nejjednodušší vysvětlení WIMP, které je stále v souladu s daty, ačkoliv poznamenala, že nejzákladnější model higgsina se zdá být v rozporu s omezeními z jiných experimentů.newscientist

Další návrhy se odvolávají na částice temné hmoty pocházející z dodatečných dimenzí. Lisa Randall z Harvard University, spoluautorka jedné takové práce, uvedla, že data „vypadají, jako by si říkala o něco takového: vyhýbá se již existujícím omezením a zapadá docela přirozeně“.newscientist

Nové nástroje, nové otázky

Nezávisle na tom Stefano Profumo, fyzik z University of California, Santa Cruz, představil kvantitativní rámec pro hodnocení konkurenčních teorií temné hmoty. Při aplikaci Barbieri-Giudiceho metriky na 12 scénářů Profumo zjistil, že určité modely formování prvotních černých děr se řadí mezi „nejpřirozenější“ studované konstrukce – srovnatelné s nejtolerantnějšími modely částic – zatímco široce studovaný scénář částic zahrnující rezonanci Higgsova bosonu se řadí mezi ty nejjemněji vyladěné. „Přirozenost má skutečnou sílu jako filtr pro rozhodování, kam se dívat dál,“ řekl Profumo.quantumzeitgeist

Co bude následovat

Tým LZ nyní analyzuje větší soubor dat pokrývající 700 dní v naději, že najde další události. Aby se předešlo zkreslení, vědci vkládají do dat syntetické události, které jsou odstraněny až po dokončení analýzy. Nezávislé experimenty, včetně detektoru XENONnT v Itálii a PandaX-4T v Číně, by mohly časem poskytnout potvrzení.wmur

„Anomálie mohou přicházet a odcházet, jak všichni víme,“ řekla Fan. „Bez ohledu na to, zda bude událost LZ potvrzena, některá z těchto témat povedou k dlouhodobému výzkumu“.newscientist