Почти сто лет физики пытаются разгадать природу темной материи — загадочной субстанции, на которую, по оценкам, приходится около 85% всей материи во Вселенной. Несмотря на ее колоссальное влияние на галактики и крупномасштабную структуру космоса, напрямую зафиксировать темную материю до сих пор не удавалось. Ее истинная сущность остается одной из главных нерешенных проблем современной физики.
Новый анализ данных эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) принес особенно интригующий результат. Исследователи зарегистрировали единичное взаимодействие частицы, которое трудно объяснить известными фоновыми сигналами от обычной материи. Хотя этот результат далек от статистического порога, необходимого для заявления об открытии, он стал самым сильным намеком на темную материю за всю историю наблюдений LZ.
В проекте LZ участвуют 250 ученых и инженеров из 39 научных организаций. Установкой управляет Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли, входящая в структуру Министерства энергетики США. Детектор работает почти на миле под землей в подземной исследовательской лаборатории Сэнфорда (SURF) в Южной Дакоте. Его основу составляют 10 тонн особо чистого жидкого ксенона, с помощью которого ученые пытаются зафиксировать возможные столкновения с частицами темной материи, в частности с гипотетическими слабовзаимодействующими массивными частицами (WIMP).
Результаты были представлены на научном докладе в рамках конференции TeV Particle Astrophysics 2026 в Японии. Статья должна быть опубликована в онлайн-репозитории arXiv и направлена в журнал Physical Review Letters. «Мы очень заинтригованы, увидев это событие в данных — именно в той области, где мы ожидаем появления темной материи и где конкурирующие фоновые процессы очень слабы, — заявил Рик Гейтскелл, профессор Университета Брауна и официальный представитель коллаборации LZ. — Имея лишь одно событие, мы не хотим забегать вперед. Мы не утверждаем, что увидели темную материю. Но мы увидели нечто интересное, чем хотим поделиться с научным сообществом для получения обратной связи».
Команда LZ анализирует наблюдения отдельными порциями. В этот раз исследователи изучили 220 дней «живых» данных, собранных с марта 2023 года по апрель 2024 года. Ранее тот же массив уже проверяли на слабые сигналы от простейших форм взаимодействия WIMP. Теперь поиск расширили, включив другие возможные типы взаимодействия, способные высвобождать больше энергии внутри детектора. LZ особенно хорошо подходит для регистрации таких событий при сохранении низкого риска ложных срабатываний. «Это было детальное исследование области, которую мы не изучали в данном наборе данных, и мы потратили месяцы дополнительных усилий, чтобы понять все возможные причины фоновых событий, — сказал Сэм Эриксен, старший научный сотрудник Бристольского университета в Великобритании и ведущий автор работы. — Мы настолько хорошо понимаем наш детектор и фоновые процессы, что даже одно выдающееся событие, подобное найденному, имеет значение. Мы ожидаем, что события темной материи крайне редки, поэтому лишь несколько из них могут означать первое обнаружение темной материи WIMP».
Если необычное событие действительно породила темная материя, ответственная за него частица WIMP, вероятно, имела бы массу не менее 200 ГэВ/c² (гигаэлектронвольт), то есть более чем в 200 раз тяжелее протона. Такой результат указывал бы и на особый тип взаимодействия WIMP с обычной материей, выходящий за рамки простейших моделей, которые ученые традиционно искали. Однако пока доказательства недостаточно сильны, чтобы считаться открытием. Физики обычно требуют достижения значимости «5 сигма», а новый анализ LZ показывает лишь 2,6 сигма — это соответствует примерно 0,5% вероятности того, что событие объясняется известными фоновыми процессами. Дальнейшие наблюдения помогут понять, станет ли сигнал более значимым или в итоге растворится в статистическом фоне. LZ уже собрал крупнейший в мире массив данных для поиска темной материи и продолжит набор данных о WIMP в SURF, предоставив исследователям гораздо больше информации для работы.