Несмотря на то, что темная материя составляет примерно 85% массы всей вселенной, она продолжает скрываться от наших приборов. Последние результаты работы детектора LUX-ZEPLIN (LZ) в Южной Дакоте, впрочем, подарили физикам надежду на прорыв в этой области.
Ученые проанализировали данные за 280 дней непрерывной работы LZ и установили самый жесткий верхний предел на силу взаимодействия WIMP-частиц (слабо взаимодействующих массивных частиц) – главных кандидатов на роль темной материи. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, показывают улучшение точности почти в пять раз по сравнению с предыдущими экспериментами.
Скотт Кравиц, физик из Университета Техаса в Остине и заместитель координатора проекта LZ рассказал:
Если представить поиск темной материи как раскопки спрятанных сокровищ, мы копнули почти в пять раз глубже, чем кто-либо до нас. Такого не добиться миллионом лопат – для этого нужно изобрести принципиально новый инструмент.
Детектор LZ размещен на глубине около полутора километров под землей в заброшенной золотой шахте и использует почти 7 тонн жидкого ксенона. Высокая атомная масса и плотность этого элемента повышают шансы на обнаружение неизвестных частиц, пролетающих через детектор. К тому же жидкий ксенон прозрачен, что предотвращает появление нежелательных шумов от окружающей радиоактивной материи.
Скотт Хазельшварт, физик из Мичиганского университета и координатор физических исследований LZ объяснил:
Эти результаты однозначно подтверждают, что LZ – самый чувствительный в мире инструмент для поиска темной материи тяжелее 10 ГэВ, что примерно в 10 раз тяжелее протона. Чтобы понять масштаб нашего результата: мы исключили темную материю, которая взаимодействовала бы лишь раз с килограммом ксенона каждые четыре тысячелетия!
В последнем эксперименте команда впервые применила технику "соления" (salting) – заранее добавила ложные сигналы WIMP в данные. Это помогло исследователям, которые, естественно, мечтают найти темную материю, избежать предвзятости и сохранить скептическое отношение к потенциально многообещающим сигналам.
Людям свойственно видеть закономерности в данных, поэтому крайне важно, чтобы при выходе на новый уровень чувствительности не вкралась предвзятость. Если делаешь открытие, то хочешь сделать его правильно.
Следующие шаги для эксперимента LZ – продолжать искать верхний предел для WIMP и использовать передовые технологии детектора для изучения других интересных и редких физических процессов.
LZ – самый чувствительный в мире инструмент для поиска WIMP-темной материи на сегодняшний день, но у нас впереди еще два года сбора данных. Это значит, что открытие темной материи в LZ может произойти в любой момент. Мы действительно ищем темную материю там, где никто никогда не искал, и это невероятно захватывающе!
Полноценные результаты работы детектора мы увидим лишь через пару лет. Пока же ученые продолжают свою охоту за самой неуловимой субстанцией во вселенной. Что будет, если темная материя будет обнаружена – все еще удел научной фантастики, но, шансы зафиксировать ее повышаются с каждым годом.