Nejcitlivější detektor temné hmoty na světě zachytil nevysvětlený signál

Nejcitlivější detektor temné hmoty na světě zaznamenal jedinou nevysvětlenou interakci částic, která je podle vědců nejslibnějším potenciálním signálem temné hmoty, jaký kdy tento experiment zachytil. Objev představený na konferenci TeV Particle Astrophysics v japonském Tendu sice zdaleka nesplňuje požadavky fyziků na uznání objevu, ale vyvolal opatrné nadšení mezi 250 vědci, kteří na experimentu LUX-ZEPLIN spolupracují.

Neočekávaná událost v podzemí

Experiment LZ, který se nachází téměř kilometr a půl pod zemí v laboratoři Sanford Underground Research Facility v Jižní Dakotě, využívá sedm tun kapalného xenonu k pátrání po slabě interagujících masivních částicích neboli WIMP, což je hlavní kandidát na temnou hmotu. Vědecký tým identifikoval anomální událost v datech shromážděných během 220 dní čistého času měření mezi březnem 2023 a dubnem 2024, a to při hledání zaměřeném na signály s vyšší energií, než jaké zkoumaly předchozí analýzy.imperial

Výsledek má statistickou významnost 2,6 sigma, což je sice pozoruhodné, ale stále pod hranicí 5 sigma, která je ve fyzice částic běžně vyžadována pro uznání objevu. Pokud by tato událost byla způsobena temnou hmotou, ukazovala by na těžší typ částice WIMP, než vědci původně očekávali.imperial

„Tento výskyt v datech nás velmi zaujal, nachází se totiž v oblasti, kde očekáváme projevy temné hmoty a kde je rušivé pozadí velmi nízké,“ uvedl Rick Gaitskell, profesor na Brownově univerzitě a mluvčí projektu LZ. „S pouhou jednou událostí však nechceme předbíhat. Netvrdíme, že jsme temnou hmotu skutečně viděli.“imperial

Opatrnost a další kroky

Vědecký tým již shromáždil podstatně více dat, než kolik jich bylo použito v této analýze. Výzkumníci nyní tato další pozorování prozkoumají, aby zjistili, zda signál zesílí, zeslábne, nebo zda jej lze připsat dosud neidentifikovanému procesu na pozadí.imperial

Profesor Henrique Araújo z Imperial College London poznamenal, že „pátrání po vzácných jevech je citlivé i na vzácné šumy v pozadí, takže pro jistotu musíme analyzovat více dat“. V delším časovém horizontu by kolem poloviny třicátých let mohla zahájit provoz plánovaná observatoř XLZD Rare Event Observatory, která bude obsahovat přibližně desetkrát více kapalného xenonu než LZ a bude schopna detekovat stovky podobných interakcí.imperial

Paralelní pokrok v detekci neutrin

V rámci jiného výzkumu, jehož výsledky byly oznámeny 31. srpna v italské národní laboratoři Gran Sasso, oznámila kolaborace XENON vůbec první pozorování rozptylu nízkoenergetických solárních neutrin na elektronech ve svém detektoru XENONnT. Dosáhla přitom energetického prahu neutrin přibližně 17 keV, což je nejnižší dosud zaznamenaná hodnota. V detekovaném signálu převažují proton-protonová neutrina vznikající při fúzních reakcích, které pohánějí Slunce. Výsledek s významností 5 sigma dokazuje, že technologie vyvinutá pro lov temné hmoty nyní otevírá nové možnosti ve fyzice neutrin. Oba experimenty pokládají základy pro projekt XLZD, jehož cílem je posunout pátrání po temné hmotě a studium vzácných částicových interakcí na dosud nevídanou úroveň citlivosti.azoquantum+2