Fizikai skuba paaiškinti galimą tamsiosios materijos signalą iš požeminio detektoriaus

Vienas šviesos blyksnis didžiuliame požeminiame detektoriuje Pietų Dakotoje sukėlė teorinės veiklos bangą, fizikams visame pasaulyje skubant nustatyti, ar šis įvykis žymi pirmąjį tiesioginį tamsiosios materijos aptikimą, ir jei taip, kokia dalelė jį sukėlė.

LUX-ZEPLIN (LZ) eksperimentas, detektorius, kuriame yra 7 tonos skystojo ksenono, palaidotas beveik mylios gylyje po žeme Sanfordo požeminių tyrimų objekte, 2023 m. birželį užfiksavo neįprastą dalelių sąveiką. Po mėnesius trukusios analizės LZ bendradarbiavimo grupė, kurią sudaro 250 mokslininkų ir inžinierių iš 39 institucijų, rugsėjo 1 d. pristatė išvadas TeV dalelių astrofizikos 2026 m. konferencijoje Japonijoje. Komanda skaičiuoja, kad yra tik 0,5 proc. tikimybė, arba maždaug 1 iš 200, kad signalą sukėlė žinomi trukdžiai, todėl rezultatas įvertintas 2,6 sigma.wmur

Tai gerokai nesiekia 5 sigma ribos – maždaug 1 iš 3,5 milijono tikimybės, kad tai atsitiktinumas, – kuri reikalinga norint paskelbti apie atradimą dalelių fizikoje. „Vienas įvykis pats savaime nėra pakankamas“, – sakė Alvine Kamaha, UCLA fizikos docentė ir LZ bendradarbiavimo grupės narė.wmur

Signalas, kurį sunku paprastai paaiškinti

Ypatingą dėmesį patraukė tai, kad įvykis užregistruotas esant didesnei energijai, nei prognozuotų standartiniai silpnai sąveikaujančių masyvių dalelių (WIMP) modeliai. „Tai nėra tai, ko tikėtumėtės iš pačių bendriausių tamsiosios materijos modelių“, – sakė Henningas Flaecheris iš Bristolio universiteto, priklausantis LZ grupei. Dėl mažesnės energijos susidūrimų nebuvimo „paprastas“ WIMP paaiškinimas yra itin mažai tikėtinas.newscientist

Per savaites nuo pranešimo teoretikai paskelbė daugybę straipsnių, nagrinėjančių alternatyvas. Daugelis jų sutelkti į dalelę, vadinamą higsina, hipotetinį Higso bozono superpartnerį, kkylantį iš supersimetrijos teorijos. JiJi Fan iš Browno universiteto pavadino tai paprasčiausiu WIMP paaiškinimu, kuris vis dar atitinka duomenis, nors ji pažymėjo, kad pagrindinis higsinos modelis atrodo prieštaraujantis kitų eksperimentų apribojimams.newscientist

Kiti pasiūlymai remiasi tamsiosios materijos dalelėmis, kylančiomis iš papildomų matmenų. Lisa Randall iš Harvardo universiteto, viena iš tokio straipsnio autorių, teigė, kad duomenys „atrodo tarsi reikalaujantys kažko panašaus: tai išvengia jau egzistuojančių apribojimų ir dera gana natūraliai“.newscientist

Nauji įrankiai, nauji klausimai

Atskirai Stefano Profumo, Kalifornijos universiteto Santa Kruze fizikas, pristatė kiekybinę sistemą, skirtą konkuruojančioms tamsiosios materijos teorijoms vertinti. Taikydamas Barbieri-Giudice matą 12 scenarijų, Profumo nustatė, kad tam tikri pirmykščių juodųjų skylių formavimosi modeliai buvo tarp „natūraliausių“ tirtų konstrukcijų – palyginamų su pačiais lanksčiausiais dalelių modeliais – o plačiai tyrinėtas dalelių scenarijus, apimantis Higso bozono rezonansą, buvo tarp labiausiai suderintų. „Natūralumas turi tikrą galią kaip filtras sprendžiant, kur ieškoti toliau“, – sakė Profumo.quantumzeitgeist

Kas toliau

LZ komanda dabar analizuoja didesnį duomenų rinkinį, apimantį 700 dienų, tikėdamasi rasti papildomų įvykių. Siekdami apsisaugoti nuo šališkumo, tyrėjai į duomenis įterpia sintetinius įvykius, kurie pašalinami tik baigus analizę. Nepriklausomi eksperimentai, įskaitant XENONnT detektorių Italijoje ir PandaX-4T Kinijoje, ilgainiui galėtų pateikti patvirtinimą.wmur

„Anomalijos gali atsirasti ir išnykti, kaip mes visi žinome“, – sakė Fan. „Nepriklausomai nuo to, ar LZ įvykis bus patvirtintas, kai kurios iš šių temų paskatins ilgalaikius tyrimus“.newscientist