Ανεξήγητο σήμα εντόπισε ο κορυφαίος ανιχνευτής σκοτεινής ύλης στον κόσμο

Ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής σκοτεινής ύλης στον κόσμο κατέγραψε μια μοναδική, ανεξήγητη αλληλεπίδραση σωματιδίων, η οποία σύμφωνα με τους ερευνητές αποτελεί το πιο πειστικό πιθανό σήμα σκοτεινής ύλης που έχει δει ποτέ το πείραμα. Το εύρημα, το οποίο παρουσιάστηκε στο συνέδριο Αστροσωματιδιακής Φυσικής TeV στο Τέντο της Ιαπωνίας, υπολείπεται σημαντικά από αυτό που απαιτούν οι φυσικοί για να ανακοινώσουν μια ανακάλυψη, αλλά έχει προκαλέσει συγκρατημένο ενθουσιασμό στην κοινοπραξία των 250 επιστημόνων πίσω από το πείραμα LUX-ZEPLIN.

Ένα αναπάντεχο υπόγειο συμβάν

Το πείραμα LZ, το οποίο βρίσκεται σχεδόν ενάμισι χιλιόμετρο κάτω από τη γη στις υπόγειες ερευνητικές εγκαταστάσεις Sanford στη Νότια Ντακότα, χρησιμοποιεί επτά τόνους υγρού ξενού για να αναζητήσει ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια με μάζα, γνωστά ως WIMPs: έναν από τους επικρατέστερους υποψηφίους για τη σκοτεινή ύλη. Η επιστημονική ομάδα εντόπισε το ανώμαλο συμβάν σε δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια 220 ημερών λειτουργίας μεταξύ Μαρτίου 2023 και Απριλίου 2024, στο πλαίσιο μιας έρευνας που στόχευε σε σήματα υψηλότερης ενέργειας από εκείνα που είχαν εξεταστεί σε προηγούμενες αναλύσεις.imperial

Το αποτέλεσμα έχει στατιστική σημαντικότητα 2,6 σίγμα: αξιοσημείωτη, αλλά κάτω από το όριο των 5 σίγμα που απαιτείται συμβατικά για μια ανακάλυψη στη φυσική των σωματιδίων. Εάν το συμβάν προκλήθηκε από σκοτεινή ύλη, θα υπεδείκνυε έναν βαρύτερο τύπο WIMP από αυτόν που ανέμεναν αρχικά πολλοί ερευνητές.imperial

«Μας κινεί ιδιαίτερα το ενδιαφέρον η παρουσία αυτού του συμβάντος στα δεδομένα, σε μια περιοχή όπου περιμένουμε να εμφανιστεί η σκοτεινή ύλη και όπου το ανταγωνιστικό υπόβαθρο είναι πολύ χαμηλό», δήλωσε ο Ρικ Γκέιτσκελ, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Μπράουν και εκπρόσωπος του LZ. «Με ένα μόνο συμβάν, δεν θέλουμε να βιαστούμε. Δεν ισχυριζόμαστε ότι είδαμε σκοτεινή ύλη».imperial

Επιφύλαξη και τα επόμενα βήματα

Η κοινοπραξία έχει ήδη συλλέξει σημαντικά περισσότερα δεδομένα από αυτά που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την ανάλυση. Οι ερευνητές θα εξετάσουν τώρα αυτές τις επιπλέον παρατηρήσεις για να διαπιστώσουν εάν το σήμα ενισχύεται, εξασθενεί ή μπορεί να αποδοθεί σε κάποια προηγουμένως μη αναγνωρισμένη διαδικασία υποβάθρου.imperial

Ο καθηγητής Ενρίκε Αραούχο του Imperial College του Λονδίνου σημείωσε ότι «οι έρευνες για σπάνια συμβάντα είναι επίσης ευαίσθητες σε σπάνια υπόβαθρα, επομένως πρέπει να αναλύσουμε περισσότερα δεδομένα για να είμαστε σίγουροι». Κοιτάζοντας πιο μακριά στο μέλλον, το προτεινόμενο Παρατηρητήριο Σπάνιων Συμβάντων XLZD, το οποίο θα περιέχει περίπου δέκα φορές περισσότερο υγρό ξένο από το LZ, θα μπορούσε να τεθεί σε λειτουργία στα μέσα της δεκαετίας του 2030 και θα ήταν ικανό να ανιχνεύσει εκατοντάδες παρόμοιες αλληλεπιδράσεις.imperial

Μια παράλληλη πρόοδος στην ανίχνευση νετρίνων

Σε μια άλλη εξέλιξη που ανακοινώθηκε στις 31 Αυγούστου στο Εθνικό Εργαστήριο Gran Sasso της Ιαπωνίας, η Κοινοπραξία XENON ανέφερε την πρώτη παρατήρηση ηλιακών νετρίνων χαμηλής ενέργειας που σκεδάζονται από ηλεκτρόνια στον ανιχνευτή της XENONnT, επιτυγχάνοντας ένα όριο ενέργειας νετρίνων περίπου 17 keV, το χαμηλότερο που έχει καταγραφεί ποτέ. Το σήμα που ανιχνεύθηκε κυριαρχείται από νετρίνα πρωτονίου-πρωτονίου, τα οποία παράγονται στις αντιδράσεις σύντηξης που τροφοδοτούν τον Ήλιο. Το αποτέλεσμα των 5 σίγμα αποδεικνύει ότι η τεχνολογία που αναπτύχθηκε για το κυνήγι της σκοτεινής ύλης ανοίγει τώρα νέα παράθυρα στη φυσική των νετρίνων. Και τα δύο πειράματα θέτουν τις βάσεις για το XLZD, το οποίο στοχεύει να ωθήσει την αναζήτηση της σκοτεινής ύλης και τη μελέτη των σπάνιων αλληλεπιδράσεων σωματιδίων σε πρωτοφανή επίπεδα ευαισθησίας.azoquantum+2