Детектор LUX-ZEPLIN уловил загадочный сигнал: физики проверяют возможный след тёмной материи

Международная команда эксперимента LUX-ZEPLIN обнаружила необычное взаимодействие частиц, которое пока не удалось убедительно объяснить известными фоновыми процессами. Сигнал появился в той области данных, где исследователи допускают проявление тёмной материи. Однако учёные подчёркивают: одного события недостаточно, чтобы объявить об обнаружении её частиц. О результатах сообщили 1 сентября 2026 года. Их представили на конференции по астрофизике частиц высоких энергий в Японии. По оценке команды, это один из наиболее интригующих потенциальных сигналов за время работы LZ, но его природа остаётся неизвестной. Об этом говорится в [сообщении Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли].

Тёмная материя считается одной из главных загадок современной физики. По существующим оценкам, на неё приходится около 85% всей материи во Вселенной. О её присутствии судят по гравитационному воздействию на галактики и другие космические структуры, однако установить, из каких частиц она состоит, до сих пор не удалось. Один из предполагаемых кандидатов — WIMP, слабо взаимодействующая массивная частица. Такие частицы, если они существуют, должны крайне редко взаимодействовать с обычным веществом. Поэтому их поиск требует чувствительных приборов, длительных наблюдений и тщательного устранения помех. Детектор LUX-ZEPLIN расположен в подземном исследовательском центре Sanford в Южной Дакоте, на глубине около полутора километров. Его установка содержит десять тонн чрезвычайно чистого жидкого ксенона.

Когда частица передаёт энергию веществу внутри детектора, возникают сигналы, по которым физики пытаются восстановить характер взаимодействия. Толща скальной породы защищает оборудование от большей части космического излучения. Дополнительные барьеры создают резервуар с водой и внешние детекторы, помогающие распознавать фоновые события. Однако полностью исключить взаимодействия обычных частиц невозможно: именно они могут имитировать искомые признаки тёмной материи. Для нового исследования команда проанализировала данные за 220 рабочих дней, собранные с марта 2023 года по апрель 2024-го. Этот массив уже использовали для поиска слабых сигналов, ожидаемых в простейших моделях WIMP. Теперь физики расширили анализ и включили события с более высокой передачей энергии. В результате обнаружилось одно взаимодействие, которое особенно выделялось на фоне остальных.

Его характеристики соответствовали отдаче ядра ксенона — ситуации, когда ядро получает энергию и начинает двигаться после столкновения. При этом событие находилось в области, где известные фоновые процессы, согласно расчётам, должны проявляться очень редко. Исследователи потратили месяцы на дополнительные проверки. По словам участников проекта, необычные сигналы нередко получают вполне обычное объяснение после детального изучения. В данном случае убедительно связать наблюдение с известным источником помех пока не получилось. Вместе с тем команда продолжает проверять, не был ли пропущен какой-либо редкий фоновый механизм. Если причиной действительно стала частица тёмной материи, её предполагаемая масса могла бы составлять не менее 200 ГэВ/с² — более чем в 200 раз превышать массу протона. Это условная интерпретация сигнала, а не измеренная масса уже открытой частицы. Кроме того, такое объяснение потребовало бы взаимодействия, выходящего за рамки наиболее простых моделей поиска WIMP. Главное ограничение результата связано со статистикой. Общая значимость наблюдения составляет 2,6 сигма, тогда как для объявления открытия в физике частиц обычно используют порог 5 сигма. Значение 2,6 сигма учитывает то, что исследователи проверяли несколько возможных моделей взаимодействия. Методика описана в [препринте коллаборации LZ]. Упоминаемая в сообщении вероятность около 0,5% требует осторожного прочтения. Она характеризует возможность получить столь же сильное или более сильное отклонение в рамках принятой модели фона. Это не означает, что учёные с вероятностью 99,5% обнаружили тёмную материю: статистическая оценка сама по себе не устанавливает происхождение события.

Теперь решающее значение будут иметь новые данные. Если появятся похожие взаимодействия с согласующимися характеристиками, аргументы в пользу необычного физического процесса могут усилиться. Если же наблюдение останется единичным или получит фоновое объяснение, его значение придётся пересмотреть. Пока LUX-ZEPLIN дал исследователям повод для дальнейшей проверки, но не ответ на вопрос о составе тёмной материи. Ценность результата заключается в том, что необычное событие выдержало подробный анализ и обозначило направление, которому команда намерена уделить особое внимание.

• NASA показало 16 галактик, в которых кипит космическая жизнь
• Три вертолёта NASA помогут исследовать неизвестные районы Марса
• Астрономы нашли зелёную «звезду-зомби», поглощающую остатки своей планетной системы
• NASA испытывает аккумуляторы, способные пережить экстремальный холод Луны
• Умирающее Солнце может нарушить орбиты планет-гигантов раньше, чем считалось
• Сатурн и метеоры кометы Галлея: что увидеть на небе в октябре
• NASA проверит, скрывается ли под лунным провалом большая пещера
• Почему Уран вращается «на боку»: учёные изучают след исчезнувшего спутника