Fyysikot etsivät selitystä maanalaisen ilmaisimen havaitsemalle mahdolliselle pimeän aineen signaalille

Yksittäinen valonvälähdys massiivisessa maanalaisessa ilmaisimessa Etelä-Dakotassa on käynnistänyt teoreettisen tutkimuksen aallon, kun fyysikot ympäri maailmaa yrittävät selvittää, onko kyseessä ensimmäinen suora havainto pimeästä aineesta ja mikä hiukkanen sen aiheutti.

LUX-ZEPLIN (LZ) -koe, joka sisältää 7 tonnia nestemäistä ksenonia lähes 1,5 kilometrin syvyydessä Sanford Underground Research Facility -tutkimuslaitoksessa, tallensi epätavallisen hiukkasvuorovaikutuksen kesäkuussa 2023. Kuukausien analyysin jälkeen LZ-yhteistyöryhmä, johon kuuluu 250 tutkijaa 39 eri laitoksesta, esitteli tulokset 1. syyskuuta TeV Particle Astrophysics 2026 -konferenssissa Japanissa. Tiimi arvioi, että on vain 0,5 prosentin eli noin 1 mahdollisuus 200:sta, että signaali johtui tunnetusta häiriöstä, mikä asettaa tuloksen 2,6 sigman tasolle.wmur

Tämä jää kauas 5 sigman kynnyksestä, joka vaaditaan hiukkasfysiikassa löydön vahvistamiseksi ja joka vastaa noin 1 mahdollisuutta 3,5 miljoonasta. "Yksi tapahtuma ei itsessään riitä", sanoo Alvine Kamaha, UCLA:n fysiikan apulaisprofessori ja LZ-yhteistyöryhmän jäsen.wmur

Signaali, joka uhmaa yksinkertaisia selityksiä

Erityistä huomiota on herättänyt se, että tapahtuma rekisteröitiin korkeammalla energialla kuin mitä heikosti vuorovaikuttavien massiivisten hiukkasten eli WIMP-hiukkasten standardimallit ennustavat. "Se ei ole sitä, mitä yleisimmiltä pimeän aineen malleilta odottaisi", sanoo Henning Flaecher Bristolin yliopistosta, joka kuuluu LZ-ryhmään. Matalamman energian törmäysten puuttuminen tekee perinteisestä WIMP-selityksestä erittäin epätodennäköisen.newscientist

Ilmoitusta seuranneiden viikkojen aikana teoreetikot ovat julkaisseet lukuisia artikkeleita, joissa tutkitaan vaihtoehtoja. Monet keskittyvät higgsinoon, joka on supersymmetriateoriasta nouseva hypoteettinen Higgsin bosonin superkumppani. Brownin yliopiston JiJi Fan kutsuu sitä yksinkertaisimmaksi WIMP-selitykseksi, joka on vielä sopusoinnussa datan kanssa, vaikka hän huomauttaakin, että perustason higgsino-malli näyttää olevan ristiriidassa muiden kokeiden asettamien rajoitteiden kanssa.newscientist

Muissa ehdotuksissa vedotaan lisäulottuvuuksista peräisin oleviin pimeän aineen hiukkasiin. Harvardin yliopiston Lisa Randall, yksi aihetta käsittelevän artikkelin kirjoittajista, totesi datan näyttävän siltä, että se suorastaan vaatii tällaista selitystä: se välttää aiemmat rajoitteet ja sopii kokonaisuuteen luontevasti.newscientist

Uusia työkaluja, uusia kysymyksiä

Erillisesti Stefano Profumo, fyysikko Kalifornian yliopistosta Santa Cruzista, on esitellyt kvantitatiivisen viitekehyksen kilpailevien pimeän aineen teorioiden arvioimiseksi. Soveltamalla Barbieri-Giudice-mittaria 12 skenaarioon Profumo havaitsi, että tietyt primordiaalisten mustien aukkojen muodostumismallit sijoittuivat tutkittujen "luonnollisimpien" rakenteiden joukkoon, kun taas laajasti tutkittu Higgsin bosonin resonanssiin liittyvä hiukkasskenaario sijoittui hienosäädetyimpien joukkoon. "Luonnollisuudella on todellista voimaa suodattimena, kun päätetään, mistä etsiä seuraavaksi", Profumo sanoi.quantumzeitgeist

Mitä seuraavaksi?

LZ-tiimi analysoi parhaillaan laajempaa, 700 päivää kattavaa aineistoa toivoen löytävänsä lisää tapahtumia. Vinoumien välttämiseksi tutkijat lisäävät dataan synteettisiä tapahtumia, jotka poistetaan vasta analyysin valmistuttua. Riippumattomat kokeet, kuten Italian XENONnT-ilmaisin ja Kiinan PandaX-4T, voivat aikanaan tarjota vahvistuksen.wmur

"Anomaliat voivat tulla ja mennä, kuten kaikki tiedämme", Fan sanoi. "Riippumatta siitä, vahvistetaanko LZ-tapahtuma, jotkut näistä aiheista johtavat pitkäkestoiseen tutkimukseen".newscientist