Fysikere jakter på forklaring etter mulig mørk materie-signal

Et enkelt lysglimt inne i en massiv underjordisk detektor i Sør-Dakota har utløst en bølge av teoretisk aktivitet, mens fysikere verden over kappes om å avgjøre om hendelsen markerer den første direkte deteksjonen av mørk materie — og i så fall, hvilken type partikkel som forårsaket den.

LUX-ZEPLIN (LZ)-eksperimentet, en detektor som inneholder 7 tonn flytende xenon begravd nesten 1,5 kilometer under jordoverflaten ved Sanford Underground Research Facility, registrerte en uvanlig partikkelinteraksjon i juni 2023. Etter måneder med analyse presenterte LZ-samarbeidet — 250 forskere og ingeniører fra 39 institusjoner — funnene 1. september på TeV Particle Astrophysics 2026-konferansen i Japan. Teamet anslår at det bare er 0,5 prosent sjanse, eller omtrent 1 av 200, for at signalet ble forårsaket av kjent støy, noe som plasserer resultatet på 2,6-sigma.wmur

Det er langt unna 5-sigma-terskelen — omtrent 1 av 3,5 millioner sjanse for en tilfeldighet — som kreves for å hevde et gjennombrudd innen partikkelfysikk. "Én hendelse alene er ikke nok," sier Alvine Kamaha, førsteamanuensis i fysikk ved UCLA og medlem av LZ-samarbeidet.wmur

Et signal som trosser enkle forklaringer

Det som har vakt særlig oppsikt, er at hendelsen ble registrert ved en høyere energi enn det standardmodeller for svakt vekselvirkende massive partikler, eller WIMPer, ville forutsi. "Det er ikke det man ville forvente fra de mest generelle modellene for mørk materie," sier Henning Flaecher ved University of Bristol, som er en del av LZ-gruppen. Fraværet av tilhørende kollisjoner med lavere energi gjør en "enkel" WIMP-forklaring svært usannsynlig.newscientist

I ukene etter kunngjøringen har teoretikere publisert en rekke artikler som utforsker alternativer. Mange fokuserer på en partikkel kalt en higgsino, en hypotetisk superpartner til Higgs-bosonet som stammer fra supersymmetri-teori. JiJi Fan ved Brown University kaller det den enkleste WIMP-forklaringen som fortsatt er konsistent med dataene, selv om hun bemerker at den mest grunnleggende higgsino-modellen ser ut til å komme i konflikt med begrensninger fra andre eksperimenter.newscientist

Andre forslag involverer partikler av mørk materie som stammer fra ekstra dimensjoner. Lisa Randall ved Harvard University, medforfatter av en slik artikkel, sier at dataene "ser ut til å rope på noe slikt: det unngår eksisterende begrensninger og passer ganske naturlig inn".newscientist

Nye verktøy, nye spørsmål

Uavhengig av dette har Stefano Profumo, fysiker ved University of California, Santa Cruz, introdusert et kvantitativt rammeverk for å evaluere konkurrerende teorier om mørk materie. Ved å bruke Barbieri-Giudice-målet på 12 scenarier, fant Profumo at visse modeller for dannelse av primordiale sorte hull rangerte blant de mest "naturlige" konstruksjonene som ble studert — sammenlignbart med de mest tilgivende partikkelmodellene — mens et mye studert partikkelscenario som involverer Higgs-boson-resonans rangerte blant de mest finjusterte. "Naturlighet har reell kraft som et filter for å avgjøre hvor man skal lete videre," sier Profumo.quantumzeitgeist

Hva skjer videre

LZ-teamet analyserer nå et større datasett som strekker seg over 700 dager, i håp om å finne flere hendelser. For å sikre seg mot skjevheter setter forskerne inn syntetiske hendelser i dataene som først fjernes etter at analysen er fullført. Uavhengige eksperimenter, inkludert XENONnT-detektoren i Italia og PandaX-4T i Kina, kan etter hvert gi bekreftelse.wmur

"Anomalier kan komme og gå, som vi alle vet," sier Fan. "Uansett om LZ-hendelsen blir bekreftet, vil noen av disse temaene føre til langsiktig forskning".newscientist