Fysikerjakt på förklaring efter möjlig signal av mörk materia

En enstaka ljusglimt inuti en massiv underjordisk detektor i South Dakota har utlöst en våg av teoretisk aktivitet, medan fysiker världen över tävlar om att avgöra om händelsen markerar den första direkta detekteringen av mörk materia — och i så fall, vilken typ av partikel som orsakade den.

LUX-ZEPLIN (LZ)-experimentet, en detektor som innehåller 7 ton flytande xenon begravd nästan 1,5 kilometer under jordytan vid Sanford Underground Research Facility, registrerade en ovanlig partikelinteraktion i juni 2023. Efter månader av analys presenterade LZ-samarbetet — 250 forskare och ingenjörer från 39 institutioner — resultaten den 1 september vid konferensen TeV Particle Astrophysics 2026 i Japan. Teamet uppskattar att det bara är 0,5 procents chans, eller ungefär 1 på 200, att signalen orsakades av känd störning, vilket placerar resultatet på 2,6-sigma.wmur

Det är långt ifrån 5-sigma-tröskeln — ungefär 1 på 3,5 miljoner chans för en slump — som krävs för att göra anspråk på en upptäckt inom partikelfysik. "En enstaka händelse är inte tillräckligt," säger Alvine Kamaha, biträdande professor i fysik vid UCLA och medlem i LZ-samarbetet.wmur

En signal som trotsar enkla förklaringar

Det som väckt särskild uppmärksamhet är att händelsen registrerades vid en högre energi än vad standardmodeller för svagt växelverkande massiva partiklar, eller WIMPar, skulle förutspå. "Det är inte vad man förväntar sig från de mest generella modellerna för mörk materia," säger Henning Flaecher vid University of Bristol, som ingår i LZ-gruppen. Frånvaron av tillhörande kollisioner med lägre energi gör en "enkel" WIMP-förklaring mycket osannolik.newscientist

I veckorna efter tillkännagivandet har teoretiker publicerat ett flertal artiklar som utforskar alternativ. Många fokuserar på en partikel kallad higgsino, en hypotetisk superpartikel till Higgs-bosonen som härrör från supersymmetriteori. JiJi Fan vid Brown University kallar det den enklaste WIMP-förklaringen som fortfarande är förenlig med data, även om hon noterar att den mest grundläggande higgsino-modellen verkar stå i konflikt med begränsningar från andra experiment.newscientist

Andra förslag involverar partiklar av mörk materia som härrör från extra dimensioner. Lisa Randall vid Harvard University, medförfattare till en sådan artikel, säger att datan "verkar ropa på något sådant: det undviker befintliga begränsningar och passar in ganska naturligt".newscientist

Nya verktyg, nya frågor

Oberoende av detta har Stefano Profumo, fysiker vid University of California, Santa Cruz, introducerat ett kvantitativt ramverk för att utvärdera konkurrerande teorier om mörk materia. Genom att tillämpa Barbieri-Giudice-måttet på 12 scenarier fann Profumo att vissa modeller för bildandet av primordiella svarta hål rankades bland de mest "naturliga" konstruktionerna som studerats — jämförbart med de mest förlåtande partikelmodellerna — medan ett flitigt studerat partikelscenario som involverar Higgs-boson-resonans rankades bland de mest finjusterade. "Naturlighet har verklig kraft som ett filter för att avgöra var man ska leta härnäst," säger Profumo.quantumzeitgeist

Vad händer nu

LZ-teamet analyserar nu ett större dataset som sträcker sig över 700 dagar i hopp om att hitta ytterligare händelser. För att skydda sig mot bias infogar forskarna syntetiska händelser i datan som tas bort först efter att analysen är klar. Oberoende experiment, inklusive XENONnT-detektorn i Italien och PandaX-4T i Kina, kan så småningom ge bekräftelse.wmur

"Anomalier kan komma och gå, som vi alla vet," säger Fan. "Oavsett om LZ-händelsen bekräftas eller inte, kommer några av dessa ämnen att leda till långsiktig forskning".newscientist