Detektor för mörk materia har fångat de svagaste neutrinerna någonsin

En detektor byggd för att hitta mörk materia har istället fångat de tystaste neutrinerna som någonsin registrerats. På måndagen meddelade XENON-samarbetet att deras XENONnT-experiment, begravt 1 400 meter under berget Gran Sasso i Italien, uppnått den första observationen av lågenergetiska solneutriner som sprids mot elektroner. Detta pressar ner energitröskeln för neutriner till cirka 17 keV, den lägsta som någonsin uppnåtts.interactions+1

Resultatet har en statistisk konfidens på 5 sigma, vilket innebär att det är mindre än en på miljonen chans att det rör sig om en slump. Den detekterade signalen domineras av så kallade pp-neutriner, som produceras i de proton-proton-fusionsreaktioner som driver solen och står för den absoluta majoriteten av dess neutrinoutsläpp.scientificamerican+1

Från detektor för mörk materia till neutrinoobservatorium

XENONnT designades för att jaga svagt växelverkande massiva partiklar, eller WIMPar, de främsta kandidaterna för mörk materia som tros utgöra cirka 85 procent av materian i universum. I experimentets kärna sitter en tvåfasig xenon-tidsprojektionskammare som innehåller 5,9 ton ultrarent flytande xenon, kapabel att detektera de små ljusblixtar och joniseringssignaler som uppstår när en partikel interagerar med målet.interactions+1

Efter decennier av förfining har XENON-teamet dämpat bakgrundsbrus från radioaktivt radon och andra föroreningar till oöverträffade nivåer med hjälp av omfattande materialscreening och ett dedikerat kryogent destillationssystem. Den extrema känsligheten, som ursprungligen utvecklades för att hitta mörk materia, visade sig vara tillräcklig för att registrera de svaga kollisionerna från solneutriner som undgått alla tidigare instrument.interactions

"Detta är en viktig milstolpe för att bidra till fysiken kring lågenergetiska neutriner," sade Masatoshi Kobayashi, fysiker vid Nagoya University som var med och ledde analysen, enligt Scientific American.scientificamerican

Neutrinodimman närmar sig

Prestationen bygger på XENONnTs tidigare detektion av koherent elastisk neutrino-kärnspridning från mer energirika bor-8-solneutriner, som rapporterades första gången 2024. Tillsammans bekräftar dessa resultat detektorn som ett av världens mest känsliga observatorier för sällsynta lågenergetiska partikelinteraktioner.link.aps+2

Men milstolpen bär också på en olycksbådande innebörd för jägare av mörk materia. Allt eftersom detektorer blir känsligare kommer solneutriner i allt högre grad att dränka deras data och skapa en oundviklig bakgrund som forskare kallar "neutrinodimman". "Detta resultat visar att vi verkligen når den neutrino-ekvivalenta bakgrundsnivån," sade Kobayashi till Scientific American.scientificamerican

XENON-samarbetet uppger att teknologierna som utvecklats för XENONnT lägger grunden för XLZD, ett planerat nästa generations observatorium för flytande xenon med en mål-massa som är en storleksordning större. Detta syftar till att pressa känsligheten för mörk materia ytterligare samtidigt som solneutriner mäts med större precision.interactions

"Det är ett kraftfullt tecken på hur mogen teknologin har blivit," sade Luca Grandi, professor vid University of Chicago och medlem i samarbetet.scientificamerican