Maailman herkin pimeän aineen ilmaisin havaitsi selittämättömän signaalin

Maailman herkimmällä pimeän aineen ilmaisimella, LUX-ZEPLIN (LZ) -kokeella, työskentelevät tutkijat ovat havainneet yksittäisen hiukkasvuorovaikutuksen, jota ei voida selittää tunnetun fysiikan avulla. Vaikka tulos on kaukana varsinaisesta löydöstä, se on tähän mennessä kutkuttavin vihje vuosikymmeniä kestäneessä pimeän aineen etsinnässä.

Yksittäinen tapahtuma, joka uhmaa selityksiä

Poikkeava tapahtuma, joka on nimetty tunnuksella LZ.230616, esiteltiin 1. syyskuuta Japanissa järjestetyssä vuoden 2026 TeV Particle Astrophysics -konferenssissa, ja se herätti heti fysiikkayhteisön huomion. Tutkimus on määrä lähettää Physical Review Letters -tiedejulkaisuun ja julkaista arXiv-palvelussa.independent+2

LZ toimii lähes mailin syvyydessä maan alla Sanford Underground Research Facility -tutkimuslaitoksessa Etelä-Dakotassa. Se käyttää 10 tonnia erittäin puhdasta nestemäistä ksenonia havaitakseen heikkoja valonvälähdyksiä, jotka kertoisivat tavallisen aineen ja WIMP-hiukkasen törmäyksestä. WIMP (weakly interacting massive particle) eli heikosti vuorovaikuttava massiivinen hiukkanen on yksi johtavista pimeän aineen ehdokkaista.sciencedaily+1

"Olemme erittäin kiinnostuneita tästä datassa näkyvästä tapahtumasta alueella, jolla odotamme pimeän aineen näkyvän ja jossa häiritsevät taustasignaalit ovat erittäin vähäisiä", sanoi Brownin yliopiston professori Rick Gaitskell, joka toimii LZ-kokeen puhemiehenä. "Vain yhden tapahtuman perusteella emme halua mennä asioiden edelle. Emme väitä löytäneemme pimeää ainetta. Olemme kuitenkin havainneet jotain mielenkiintoista, minkä haluamme jakaa tiedeyhteisön kanssa saadaksemme heidän näkemyksiään."sci+1

Mitä data osoittaa

Tutkimusryhmä analysoi 220 päivän edestä maaliskuun 2023 ja huhtikuun 2024 välisenä aikana kerättyä dataa. Etsintää laajennettiin yksinkertaisimpien WIMP-vuorovaikutusten ulkopuolelle kattamaan myös sellaiset vuorovaikutukset, jotka voisivat vapauttaa enemmän energiaa ilmaisimeen. Tämä yksittäinen poikkeava tapahtuma nousi esiin datan osasta, jota ei ollut aiemmin tutkittu.independent+1

Tulos on tasolla 2,6 sigmaa, mikä tarkoittaa noin 0,5 prosentin todennäköisyyttä sille, että kyseessä on tunnetuista taustasignaaleista johtuva tilastollinen sattuma. Tämä jää selvästi alle hiukkasfysiikassa löydön vahvistamiseen vaadittavan 5 sigman kynnyksen. Jos kyseessä on pimeä aine, siitä vastuussa olevan WIMP-hiukkasen massan olisi oltava vähintään 200 GeV/c² eli yli 200 kertaa protonin massa, mikä viittaisi yksinkertaisimpien teoreettisten mallien ulkopuoliseen vuorovaikutustyyppiin.sciencedaily+2

"Emme pysty selittämään LZ.230616-tapahtumaa tuntemillamme taustasignaaleilla", sanoi Kalifornian yliopiston (Santa Barbara) fysiikan professori Hugh Lippincott, joka johti sisäistä arviointia.independent

Tie eteenpäin

Aaron Manalaysay, LZ-koetta hallinnoivan Lawrence Berkeley National Laboratoryn fyysikko, kutsui tapausta "ensimmäiseksi esimerkiksi missään urani aikana tekemässäni kokeessa poikkeamasta, joka vaikuttaa kaikin puolin pätevältä".sciencedaily

Tutkimusryhmällä on jo kerättynä noin kaksinkertainen määrä lisää dataa, jota parhaillaan kalibroidaan ja analysoidaan. Nämä havainnot joko vahvistavat pimeää ainetta koskevia todisteita tai siirtävät LZ.230616-tapahtuman osaksi sitä pitkää tilastollisten poikkeamien listaa, joka on kiusannut fyysikoita aiemminkin.independent+1