Pimeän aineen ilmaisin tallensi ennätysheikkoja neutriinoja

Pimeän aineen etsimiseen rakennettu ilmaisin on tallentanut historian heikoimpia neutriinoja. XENON-yhteistyö ilmoitti maanantaina, että 1 400 metriä Italian Gran Sasso -vuoren alla sijaitseva XENONnT-koe on onnistunut havaitsemaan ensimmäistä kertaa matalaenergisiä aurinkoneutriinoja, jotka siroavat elektroneista. Tämä laski neutriinojen energiakynnyksen noin 17 keV:iin, mikä on alhaisin koskaan saavutettu taso.interactions+1

Tuloksen tilastollinen luottamusväli on 5 sigmaa, mikä tarkoittaa, että on alle miljoonasosa mahdollisuus, että kyseessä on virhe. Havaittua signaalia hallitsevat niin kutsutut pp-neutriinot, joita syntyy Auringon protoni-protoni-fuusioreaktioissa ja jotka muodostavat valtaosan Auringon neutriinotuotannosta.scientificamerican+1

Pimeän aineen ilmaisimesta neutriino-observatorioksi

XENONnT suunniteltiin etsimään heikosti vuorovaikuttavia massiivisia hiukkasia eli WIMP-hiukkasia, jotka ovat johtavia ehdokkaita pimeäksi aineeksi. Pimeän aineen uskotaan muodostavan noin 85 prosenttia maailmankaikkeuden aineesta. Kokeen ytimessä on kaksivaiheinen ksenon-aikaprojektiokammio, joka sisältää 5,9 tonnia erittäin puhdasta nestemäistä ksenonia. Se kykenee havaitsemaan pienet valonvälähdykset ja ionisaatiosignaalit, joita syntyy hiukkasen vuorovaikuttaessa kohteen kanssa.interactions+1

Vuosikymmenten kehitystyön jälkeen XENON-tiimi on onnistunut vaimentamaan radioaktiivisen radonin ja muiden epäpuhtauksien aiheuttaman taustakohinan ennennäkemättömälle tasolle käyttämällä laajaa materiaalien seulontaa ja erityistä kryogeenistä tislausjärjestelmää. Tämä äärimmäinen herkkyys, joka kehitettiin alun perin pimeän aineen havaitsemiseen, osoittautui riittäväksi tallentamaan aurinkoneutriinojen heikot törmäykset, jotka olivat aiemmin jääneet kaikilta muilta laitteilta huomaamatta.interactions

"Tämä on tärkeä virstanpylväs matalaenergisten neutriinojen fysiikan edistämisessä", totesi Nagoyan yliopiston fyysikko Masatoshi Kobayashi, joka toimi analyysin toisena johtajana, Scientific Americanin mukaan.scientificamerican

Neutriinosumu lähestyy

Saavutus perustuu XENONnT:n aiempaan havaintoon korkeamman energian boori-8-aurinkoneutriinojen koherentista elastisesta neutriino-ydinsironnasta, josta raportoitiin ensimmäisen kerran vuonna 2024. Nämä tulokset yhdessä vahvistavat ilmaisimen aseman yhtenä maailman herkimmistä observatorioista harvinaisille matalaenergisille hiukkasvuorovaikutuksille.link.aps+2

Mutta virstanpylväällä on myös huolestuttava merkitys pimeän aineen etsijöille. Kun ilmaisimien herkkyys kasvaa, aurinkoneutriinot hukuttavat datan yhä enemmän alleen, luoden väistämättömän taustakohinan, jota tutkijat kutsuvat "neutriinosumuksi". "Tämä tulos osoittaa, että olemme todella saavuttamassa neutriinojen vastaavan taustatason", Kobayashi kertoi Scientific Americanille.scientificamerican

XENON-yhteistyö totesi, että XENONnT:tä varten kehitetyt teknologiat luovat pohjaa XLZD-hankkeelle. Se on suunnitteilla oleva seuraavan sukupolven nesteksenon-observatorio, jonka tavoitemassa on kymmenen kertaa suurempi. Sen tavoitteena on parantaa pimeän aineen havaitsemisherkkyyttä entisestään ja mitata aurinkoneutriinoja entistä tarkemmin.interactions

"Se on vahva merkki siitä, kuinka pitkälle teknologia on kypsynyt", sanoi Chicagon yliopiston professori ja yhteistyöryhmän jäsen Luca Grandi.scientificamerican