Världens främsta detektor för mörk materia upptäcker oförklarlig signal

Världens känsligaste detektor för mörk materia har registrerat en enskild, oförklarlig partikelinteraktion som forskare beskriver som den mest övertygande potentiella signalen för mörk materia som experimentet någonsin skådat. Upptäckten, som presenterades vid konferensen TeV Particle Astrophysics i Tendo i Japan, ligger långt under vad fysiker kräver för att kunna utropa en upptäckt, men har väckt försiktig entusiasm bland de 250 forskarna i samarbetet bakom LUX-ZEPLIN-experimentet.

En oväntad händelse under jord

LZ-experimentet, som ligger nästan 1,6 kilometer under marken vid Sanford Underground Research Facility i South Dakota, använder sju ton flytande xenon för att leta efter svagt växelverkande massiva partiklar, så kallade WIMP:ar: en av de främsta kandidaterna till mörk materia. Forskarna identifierade den avvikande händelsen i data som samlats in under 220 driftdagar mellan mars 2023 och april 2024, under en sökning inriktad på mer energirika signaler än de som undersökts i tidigare analyser.imperial

Resultatet har en statistisk signifikans på 2,6 sigma: anmärkningsvärt, men under den tröskel på 5 sigma som konventionellt krävs för en upptäckt inom partikelfysik. Om händelsen orsakats av mörk materia skulle det tyda på en tyngre typ av WIMP än vad många forskare ursprungligen hade förväntat sig.imperial

”Vi är mycket fascinerade av att se den här händelsen i data, i det område där vi förväntar oss att mörk materia ska visa sig och där bakgrundsstörningarna är mycket låga”, säger Rick Gaitskell, professor vid Brown University och talesperson för LZ. ”Med bara en händelse vill vi inte gå händelserna i förväg. Vi hävdar inte att vi har sett mörk materia.”imperial

Försiktighet och nästa steg

Samarbetet har redan samlat in betydligt mer data än vad som användes i denna analys. Forskarna kommer nu att granska dessa ytterligare observationer för att avgöra om signalen stärks, försvinner eller kan tillskrivas en tidigare oidentifierad bakgrundsprosess.imperial

Professor Henrique Araújo vid Imperial College London påpekar att ”sökningar efter sällsynta händelser också är känsliga för sällsynta bakgrundsstörningar, så vi måste analysera mer data för å vara säkra.” På längre sikt skulle det föreslagna XLZD Rare Event Observatory, som innehåller ungefär tio gånger mer flytande xenon än LZ, kunna tas i drift i mitten av 2030-talet och ha kapacitet att upptäcka hundratals liknande interaktioner.imperial

Ett parallellt framsteg inom neutrinodetektering

I en separat utveckling som tillkännagavs den 31 augusti vid Gran Sasso National Laboratory i Italien, rapporterade XENON-samarbetet den första observationen av solneutriner med låg energi som sprids mot elektroner i dess XENONnT-detektor. De uppnådde en neutrinoenergitröskel på cirka 17 keV, den lägsta som någonsin registrerats. Den detekterade signalen domineras av proton-proton-neutriner, som produceras i de fusionsreaktioner som driver solen. Resultatet på 5 sigma visar att teknik som byggts för att jaga mörk materia nu öppnar nya fönster inom neutrinofysik. Båda experimenten lägger grunden för XLZD, som syftar till att ta sökandet efter mörk materia och studiet av sällsynta partikelinteraktioner till en oöverträffad känslighet.azoquantum+2