Untergrund-Detektor registriert unerklärliches Signal bei Suche nach dunkler Materie

Ein einzelner Lichtblitz in einem Tank mit flüssigem Xenon, der fast 1,6 Kilometer unter South Dakota aufgezeichnet wurde, hat eine der am längsten andauernden Suchen in der Physik neu entfacht. Ein internationales Team von 250 Wissenschaftlern, das am LUX-ZEPLIN-Experiment arbeitet, sagt, dass das im Juni 2023 entdeckte Ereignis die erste direkte Beobachtung eines Teilchens dunkler Materie darstellen könnte, warnt jedoch davor, dass es weit von einer bestätigten Entdeckung entfernt ist.

Ein Signal aus der Tiefe

Der LZ-Detektor, der in der ehemaligen Homestake-Goldmine in der Sanford Underground Research Facility untergebracht ist, verwendet sieben Tonnen ultrareines flüssiges Xenon, um nach schwach wechselwirkenden massereichen Teilchen, sogenannten WIMPs, einem führenden Kandidaten für dunkle Materie, zu suchen. Bei der Analyse von 220 Datentagen zwischen März 2023 und April 2024 identifizierte das Team eine Interaktion, die keiner bekannten Hintergrundquelle entspricht.cnn+1

Laut der Zusammenarbeit besteht nur eine Wahrscheinlichkeit von 0,5 Prozent, dass das Ereignis durch gewöhnliche Interferenzen verursacht wurde, was es zum überzeugendsten Signal im Zusammenhang mit dunkler Materie macht, das das Instrument bisher aufgezeichnet hat. Sam Eriksen, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der University of Bristol und Hauptautor der Studie, präsentierte die Ergebnisse am 1. September auf der TeV Particle Astrophysics-Konferenz in Japan. Das Team hat zudem einen Artikel bei Physical Review Letters eingereicht.dailygalaxy+2

"Bei nur einem Ereignis wollen wir keine voreiligen Schlüsse ziehen", sagte Rick Gaitskell, Professor an der Brown University und Sprecher des LZ-Experiments. "Wir behaupten nicht, dunkle Materie gesehen zu haben. Aber wir haben etwas Interessantes gesehen, das wir mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft teilen möchten, um deren Input zu erhalten."dailygalaxy

Weit entfernt von einer Entdeckung

Das Ergebnis liegt derzeit bei 2,6 Sigma, was einer Wahrscheinlichkeit von etwa 1 zu 200 für eine zufällige Fluktuation entspricht. Die Teilchenphysik erfordert 5 Sigma, oder etwa eine Wahrscheinlichkeit von 1 zu 3,5 Millionen, bevor eine Entdeckung verkündet werden kann. Alvine Kamaha, Assistenzprofessorin für Physik an der UCLA und Mitglied der LZ-Zusammenarbeit, sagte in einer E-Mail an CNN Warner Bros. Discovery, Inc. ↗ 0.03%, dass "ein Ereignis für sich genommen unzureichend ist" und dass Forscher beobachten müssen, ob weitere Ereignisse auftreten, während mehr Daten gesammelt werden.mezha+1

Das Team analysiert nun einen neueren Datensatz, der 700 Tage an Beobachtungen umfasst. Um unbewusste Voreingenommenheit zu vermeiden, haben die Forscher synthetische Ereignisse eingefügt, die echte Interaktionen mit dunkler Materie nachahmen und erst nach Abschluss der Analyse entfernt werden.cnn+1

Ungewöhnliche Energie und eine offene Frage

Das entdeckte Ereignis trat bei einer höheren Energie auf, als die meisten WIMP-Modelle vorhersagen. Tim M. P. Tait, Physiker an der University of California, Irvine, der nicht Teil der Zusammenarbeit ist, sagte, dies könnte bedeuten, dass dunkle Materie "sich als merkwürdiger und außergewöhnlicher erweisen könnte, als wir ursprünglich dachten". Tracy Slatyer, Professorin am Massachusetts Institute of Technology, stimmte zu, dass die höhere Energie faszinierend sei, und sagte, dass das Signal, falls es bestätigt würde, "als Schlüssel dienen könnte, der eine Fülle von Informationen über neue Physik erschließt".cnn

Eine unabhängige Überprüfung könnte durch ähnliche Experimente erfolgen, darunter XENONnT in Italien und PandaX-4T in China. Vorerst beobachtet und wartet die Physik-Gemeinschaft. Wie Gaitskell es ausdrückte: "So wie es immer anfängt, wenn es darum geht, eine neue Erklärung zu finden oder ein neues Modell zu verifizieren, muss es mit einem einzigen Ereignis beginnen."oceanstatemedia+2