Един-единствен сигнал от подземния експеримент LUX-ZEPLIN озадачи учените. Резултатът е интересен, но все още е далеч от необходимото ниво за потвърдено откритие

Учени, които търсят следи от тъмна материя, са засекли необичаен сигнал, който може да е първият знак за взаимодействие с мистериозното вещество. Сигналът е регистриран от експеримента LUX-ZEPLIN (LZ), чийто детектор се намира близо километър под земята в Южна Дакота, САЩ.

Изследователите обаче са категорични, че все още не могат да обявят откритие. Сигналът има статистическа значимост от 2,6 сигма. Това означава, че не може да бъде изключена възможността той да е резултат от рядък процес, свързан с обикновена материя.

Въпреки това учените определят наблюдението като най-силната следа за тъмна материя, която LZ е откривал досега. Резултатите са получени от 220 дни реална работа на детектора в периода между март 2023 и април 2024 г. Данните бяха представени на конференцията TeV Particle Astrophysics 2026 в Япония.

LZ е създаден основно за търсене на така наречените WIMP частици. Това е хипотетичен клас тежки частици, които според някои теории могат да изграждат тъмната материя.

Детекторът използва 10 тона свръхчист течен ксенон. Идеята е да се уловят изключително малките светлинни сигнали, които могат да възникнат, когато частица взаимодейства с атом на ксенона.

Самият детектор е разположен почти километър под земята в Sanford Underground Research Facility в Южна Дакота. Дебелият слой скали го предпазва от космическите лъчи. Допълнителни системи, включително воден резервоар и външни детектори, помагат за откриването или блокирането на други частици, които могат да имитират сигнал от тъмна материя.

Новото събитие е открито в област от данните, в която учените очакват да се появят взаимодействия с тъмна материя. В същото време броят на възможните фонови сигнали в тази зона е много нисък.

„Много сме заинтригувани да видим това събитие в данните, в областта, в която очакваме да се появи тъмната материя, а конкурентните фонови сигнали са много малко“, заяви Рик Гейтскел, професор в Brown University и говорител на LZ.

Той обаче подчерта, че учените не искат да правят прибързани заключения само въз основа на едно събитие.
„Не твърдим, че сме видели тъмна материя. Но видяхме нещо интересно, което искаме да споделим с научната общност, за да получим нейното мнение“, каза Гейтскел.

Изследователите са прекарали месеци в проверка дали сигналът може да бъде обяснен с известен физически процес.

„Наистина е вълнуващо да мислим, че това може да е първи поглед към тъмната материя, която най-сетне се разкрива“, заяви Луис де Вивейрос, доцент по физика в Penn State и член на екипа на LZ.

По думите му учените продължават да търсят рядък фонов процес, който би могъл да обясни събитието. Засега обаче не са открили убедително обяснение.

Статистическата значимост на сигнала е 2,6 сигма, след като е отчетен и така нареченият ефект „търсене на друго място“ (look-elsewhere effect). Това е значително под прага от 5 сигма, който обикновено се изисква във физиката на елементарните частици, за да бъде обявено откритие.

Учените изчисляват, че вероятността сигналът да е породен от известен фонов процес е около 0,5%. Това го прави необичаен, но не изключва възможността зад него да стои неизвестен досега фонов ефект.

Ако бъде потвърдено, че сигналът действително е причинен от тъмна материя, характеристиките му могат да дадат важна информация за природата на WIMP частиците. Според предварителния анализ частицата би трябвало да има маса най-малко 200 GeV/c². Това е повече от 200 пъти масата на протона.

Подобно откритие би подсказало и за специфичен тип взаимодействие между WIMP частиците и обикновената материя. То би било по-сложно от най-простия модел, разглеждан от учените.

LUX-ZEPLIN е международен проект, в който участват около 250 учени и инженери от 39 научни институции. Екипи от Penn State са участвали в изграждането на детектора, криогенната система и системите с течен ксенон. Те работят и по моделирането на фоновите сигнали, калибрирането на детектора и статистическия анализ на данните.

Засега едно-единствено събитие не е достатъчно, за да бъде обявено откриване на тъмна материя. Ако бъде регистриран същият тип сигнал отново и бъде изключено възможно обяснение с фонов процес, доказателствата биха станали значително по-силни.