Эксперимент по поиску признаков неуловимой темной материи обнаружил необъяснимый сигнал. Ученые, работающие над экспериментом Xenon1T, обнаружили в своем детекторе большую активность, чем они первоначально ожидали.
Этот «избыток событий» может подтвердить существование ранее неоткрытой частицы темной материи, называемой аксион.
Темная материя составляет 85% материи в космосе, но ее природа неизвестна. Что бы это ни было, оно не отражает и не излучает, т.е. он не пропускает свет внутрь или наружу, отсюда и название.
Есть три возможных объяснения нового сигнала эксперимента Xenon1T. Два из них требуют новой физики для объяснения, а третий согласуется с гипотетической частицей темной материи, называемой солнечным аксионом.
Пока что ученые видели лишь косвенные доказательства существования темной материи. Окончательное прямое обнаружение частиц темной материи еще не произведено.
Есть несколько теорий, чтобы рассмотреть, что это за частица. Наиболее предпочтительным из них является WIMP или Weakly Intecting Massive Particle (Слабо взаимодействующая массивная частица).
Физики, работающие над серией экспериментов с ксеноном, потратили более десяти лет на поиски признаков этих вимпов. Но поиски остались безрезультатными.
Эксперимент проводился глубоко под землей на объекте Гран-Сассо в Италии с 2016 по 2018 год. Его детектор был заполнен 3,2 тоннами сверхчистого сжиженного ксенона, две тонны которого служили «мишенью» для взаимодействия между атомами ксенона и другими частицами, проходящими через него. Когда частица пересекает цель, она может генерировать небольшие вспышки света и свободные электроны от атома ксенона.
Большинство этих взаимодействий - также известных как «события» - происходят с уже известными нам частицами, такими как мюоны, космические лучи и нейтрино. Это так называемый фоновый сигнал от ученых.
Потенциальный сигнал от необнаруженной частицы должен быть достаточно сильным, чтобы превышать этот фоновый шум. Ученые тщательно подсчитали количество фоновых событий в Xenon1T. Они ожидали увидеть примерно 232 «события», но вместо этого эксперимент показал 285, то есть 53 «события».
Одним из объяснений может быть новый, ранее неизвестный источник фонового загрязнения, вызванный присутствием небольших количеств трития в детекторе Xenon1T. Это также может быть связано с нейтрино, триллионы которых беспрепятственно проходят через тело человека каждую секунду.
Одно из объяснений может заключаться в том, что магнитный момент (свойство всех частиц) нейтрино больше, чем его значение в Стандартной модели, которая классифицирует элементарные частицы в физике.
Если так, то это будет сильным намеком на то, что для объяснения этого нужна какая-то другая, новая физика. Однако избыток «событий» наиболее совместим с сигналом, полученным от солнечных аксионов, очень легкой, но еще не обнаруженной частицы, которая также является кандидатом на темную материю.
Статистически гипотеза солнечного аксиона имеет значимость 3,5 сигма. Хотя это значение довольно велико, оно недостаточно убедительно, чтобы сделать окончательный вывод о существовании аксионов. Знаки пяти сигм обычно принимаются за порог обнаружения.
Значимость гипотез для магнитного момента трития и нейтрино соответствует 3,2 сигма, что означает, что они также находятся в соответствии с данными.
Ученые, работающие над проектом Xenon, в настоящее время обновляют его до другой версии под названием XENONnT. Имея более качественные данные, чем эта будущая версия, они уверены, что скоро узнают, является ли избыток событий статистическим загрязнителем в фоновом режиме или чем-то гораздо более захватывающим.
