Ֆիզիկոսները փորձում են բացատրել ստորգետնյա դետեկտորում գրանցված մութ նյութի հնարավոր ազդանշանը

Հարավային Դակոտայի հսկայական ստորգետնյա դետեկտորում գրանցված լույսի մեկ բռնկումը տեսական ակտիվության ալիք է բարձրացրել, քանի որ աշխարհի ֆիզիկոսները փորձում են պարզել՝ արդյոք այս իրադարձությունը մութ նյութի առաջին ուղղակի հայտնաբերումն է, և եթե այո, ապա ինչ մասնիկ է այն առաջացրել։

LUX-ZEPLIN (LZ) փորձը, որը ներառում է 7 տոննա հեղուկ քսենոն և տեղակայված է Սենֆորդի ստորգետնյա հետազոտական կենտրոնում՝ Երկրի մակերևույթից գրեթե մեկ մղոն խորության վրա, 2023 թվականի հունիսին գրանցել է մասնիկների անսովոր փոխազդեցություն։ Ամիսներ տևած վերլուծությունից հետո LZ-ի համագործակցությունը՝ 39 հաստատությունների 250 գիտնականներ և ինժեներներ, սեպտեմբերի 1-ին Ճապոնիայում կայացած TeV Particle Astrophysics 2026 համաժողովում ներկայացրել է արդյունքները։ Թիմը գնահատում է, որ ազդանշանի՝ հայտնի միջամտությամբ պայմանավորված լինելու հավանականությունը կազմում է ընդամենը 0.5 տոկոս կամ մոտ 1/200, ինչը արդյունքը գնահատում է 2.6-սիգմա մակարդակով:wmur

Սա զգալիորեն ցածր է 5-սիգմա շեմից, որը պահանջվում է մասնիկների ֆիզիկայում հայտնագործություն հայտարարելու համար և համապատասխանում է մոտ 1/3.5 միլիոն պատահականության հավանականությանը։ «Միայն մեկ իրադարձությունը բավարար չէ», — ասել է Լոս Անջելեսի կալիֆոռնյան համալսարանի (UCLA) ֆիզիկայի դոցենտ և LZ-ի համագործակցության անդամ Ալվին Կամահան:wmur

Ազդանշան, որը հակասում է պարզ բացատրություններին

Հատկանշական է, որ իրադարձությունը գրանցվել է ավելի բարձր էներգիայի մակարդակում, քան կանխատեսում էին թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկների (WIMPs) ստանդարտ մոդելները։ «Սա այն չէ, ինչ կարելի էր ակնկալել մութ նյութի ամենաընդհանուր մոդելներից», — ասել է Բրիստոլի համալսարանի աշխատակից և LZ խմբի անդամ Հենինգ Ֆլաեչերը։ Ցածր էներգիայի ուղեկցող բախումների բացակայությունը WIMP-ի «վանիլային» բացատրությունը դարձնում է չափազանց անհավանական:newscientist

Հայտարարությունից հետո անցած շաբաթների ընթացքում տեսաբանները հրապարակել են բազմաթիվ աշխատություններ՝ ուսումնասիրելով այլընտրանքային տարբերակներ։ Շատերը կենտրոնանում են հիգսինո կոչվող մասնիկի վրա, որը Հիգսի բոզոնի հիպոթետիկ գերգործընկերն է՝ սուպերսիմետրիայի տեսությունից։ Բրաունի համալսարանից Ջիջի Ֆանն այն անվանել է WIMP-ի ամենապարզ բացատրությունը, որը դեռևս համահունչ է տվյալներին, թեև նշել է, որ հիգսինոյի ամենահիմնական մոդելը կարծես թե հակասում է այլ փորձերի սահմանափակումներին:newscientist

Այլ առաջարկներ վերաբերում են հավելյալ չափումներից առաջացող մութ նյութի մասնիկներին։ Հարվարդի համալսարանից Լիզա Ռենդալը, որը նման աշխատություններից մեկի համահեղինակն է, ասել է, որ տվյալները «կարծես թե պահանջում են հենց այսպիսի բան. այն խուսափում է նախկինում գոյություն ունեցող սահմանափակումներից և բավականին բնական է թվում»:newscientist

Նոր գործիքներ, նոր հարցեր

Առանձին-առանձին, Սանտա Կրուզի Կալիֆոռնիայի համալսարանի ֆիզիկոս Ստեֆանո Պրոֆումոն ներկայացրել է քանակական շրջանակ՝ մութ նյութի մրցակցող տեսությունները գնահատելու համար։ Կիրառելով Barbieri-Giudice-ի չափանիշը 12 սցենարների նկատմամբ՝ Պրոֆումոն պարզել է, որ առաջնային սև խոռոչների ձևավորման որոշ մոդելներ դասվում են ամենաբնական կառույցների շարքին, մինչդեռ Հիգսի բոզոնի ռեզոնանսի հետ կապված լայնորեն ուսումնասիրված մասնիկային սցենարը դասվել է ամենաբարդ կարգավորվողների շարքին։ «Բնականությունը որպես ֆիլտր՝ հաջորդ քայլը որոշելու համար, իրական ուժ ունի», — ասել է Պրոֆումոն:quantumzeitgeist

Ի՞նչ է սպասվում հետո

LZ-ի թիմն այժմ վերլուծում է 700 օր ընդգրկող ավելի մեծ տվյալների բազա՝ հույս ունենալով գտնել լրացուցիչ իրադարձություններ։ Կողմնակալությունից խուսափելու համար հետազոտողները տվյալների մեջ ներմուծում են սինթետիկ իրադարձություններ, որոնք հեռացվում են միայն վերլուծության ավարտից հետո։ Անկախ փորձերը, ներառյալ Իտալիայի XENONnT դետեկտորը և Չինաստանի PandaX-4T-ը, կարող են ի վերջո հաստատում տալ:wmur

«Անոմալիաները կարող են գալ և գնալ, ինչպես բոլորս գիտենք», — ասել է Ֆանը։ «Անկախ նրանից՝ LZ-ի իրադարձությունը կհաստատվի, թե ոչ, այս թեմաներից մի քանիսը կհանգեցնեն երկարաժամկետ հետազոտությունների»:newscientist