LUX-ZEPLIN деректерінен 248 кэВ аномальды соққы пайда болды: ол фондық шу сынақтарынан өтті, бірақ бұл әлі де жаңалық ашу үшін жеткіліксіз.

220 күндік бақылауда тіркелген бір ғана соққы күтілетін фондық шу өте төмен детектор аймағынан пайда болды. Оқиға энергияны бөлді 248 килоэлектронвольт және ксенон атомы ядросының кері серпілуіне сәйкес келеді. Оны қараңғы материя бөлшегі жасаған болуы мүмкін, бірақ қолжетімді деректер мұны әлі анықтауға мүмкіндік бермейді.

Сигнал келесіден келеді ЛЮКС-ЗЕПЛИНнемесе LZ, қарапайым материя мен гипотетикалық өзара әрекеттесуді іздеуге арналған ең сезімтал құралдардың бірі Әлсіз өзара әрекеттесетін массивті бөлшектер, WIMP деп аталатын әлсіз өзара әрекеттесетін массивтік бөлшектер. Детектор бетінен шамамен бір миль тереңдікте жұмыс істейді, Санфорд жер асты зерттеу мекемесі Оңтүстік Дакота штатындағы Лид қаласынан.

La LZ Collaboration нәтижесін баспаға дейінгі түрде жарияладысондықтан сараптамалық шолудан бұрын, талдауды дәстүрлі зерттеулерге қарағанда әлдеқайда энергиялы ядролық кері серпілістерге кеңейткеннен кейін. Статистикалық маңыздылық жергілікті максимумға жетеді 3,4 сигма, бірақ ол төмендейді Әлемдік ауқымда 2,6 сигма сынақтан өткен модельдер санын ескере отырып. Бұл назар аударуға тұрарлық аномалия, қараңғы материяның алғашқы тікелей бақылауы туралы хабарландыру емес.

Жеті тонна ксенон амортизаторларды жарыққа айналдырады

Астрономиялық дәлелдер қараңғы материяның шамамен ... екенін көрсетеді Әлемдегі материяның 85 пайызыОның болуы галактикаларға, шоғырларға және үлкен ғарыштық құрылымдар арқылы өтетін жарыққа әсер ететін гравитациялық әсерлерден болжанады. Ол электромагниттік сәулеленуді байқалатындай етіп шығармайтын және сіңірмейтіндіктен, зат телескоптар үшін көрінбейді, ал оның микроскопиялық құрамы белгісіз.

LZ тікелей өлшеуге тырысады. Аппараттың ортасында қос фазалы уақыт проекциясы камерасы шамамен жеті белсенді тонна сұйық ксенон бар, бұл жалпы қордың он тоннаға жуық бөлігі. Ксенон ауыр ядроларды және тіпті минималды энергия қорларын қалпына келтіруге болатын өте таза ортаны ұсынады.

Бөлшек сұйықтықта әрекеттескенде, ол бастапқы сцинтилляциялық импульсті тудырады, ол ... деп аталады S1, және электрондарды босатады. Электр өрісі оларды камераның жоғарғы жағына қарай итереді, онда олар ксенон газының қабатына бөлініп, екінші жарық сигналын тудырады, S2Екі импульстің салыстырмалы қарқындылығы, олардың уақыт аралығы және жарықтың таралуы өзара әрекеттесудің энергиясын және үш өлшемді орналасуын бағалауға мүмкіндік береді.

Бұл ақпарат сонымен қатар құбылыстардың екі тұқымдасын ажыратуға көмектеседі. Гамма және бета бөлшектері ксенон электрондарымен әрекеттесіп, ... тудырады электрондық кері серпілістернейтрондар немесе ықтимал WIMP ядроларға тікелей соқтығысып, тудыруы мүмкін ядролық кері серпілістерСтатистикалық бөлу өте тиімді, бірақ абсолютті емес: сирек кездесетін оқиғалар, кездейсоқ сәйкестіктер және стандартты емес құрылғы жауаптары қажетті сигналды имитациялай алады.

Детектор ғарыштық сәулелер ағынын азайту үшін жер астының тереңінде орналасқан және су ыдысымен және нейтрондар мен басқа бөлшектерді анықтай алатын сыртқы жүйелермен қорғалған. Осылайша, қараңғы материяны іздеу тек нысананың массасына ғана емес, сонымен қатар барлық мүмкін болатын фондық көздерді анықтау және қабылдамау мүмкіндігіне де байланысты.

Энергия терезесі 55-тен шамамен 270 кэВ-қа дейін артады

Талдау арасында жиналған деректерді пайдаланады 2023 жылғы 27 наурыз және 2024 жылғы 1 сәуіржалпы экспозиция үшін Жылына 2,84 тоннаДәл осындай үлгі негізінен төмен энергияларға шоғырланған ең қарапайым WIMP өзара әрекеттесулерін іздеуде зерттелген болатын. Жаңа жұмыс ядролық кері серпілістер аймағын ... бастап кеңейтті. 5,4-тен шамамен 270 кэВ-қа дейін, алдыңғы 55 кэВ маңындағы шектеумен салыстырғанда.

Бұл таңдау бізге күтілетін энергия таралуы дәстүрлі спин-тәуелсіз серпімді өзара әрекеттесудегідей тез төмендемейтін модельдерді зерттеуге мүмкіндік береді. Бірлескен жұмыс операторларын қарастырды. релятивистік емес тиімді өріс теориясы, WIMP-тің протондар мен нейтрондармен байланысуының әртүрлі жолдарын сипаттайтын математикалық құрал.

Сондай-ақ сценарийлер қарастырылды серпімсіз қара материяМұндай модельдерде бөлшек соқтығысу кезінде күйін өзгертеді, ал энергияның бір бөлігі өзінің сәл ауырлау нұсқасын жасауға жұмсалады. Бұл процесті мүмкін ету үшін WIMP жеткілікті жылдам және массивті болуы керек; сондықтан пайда болған кері серпілістер стандартты талдаулар ескермейтін энергия аймақтарын басып алуы мүмкін.

Аномальды оқиға қалпына келтірілді 248 кэВ, 23 кэВ статистикалық белгісіздікпен және сол шамадағы жүйелі белгісіздікпен. Оның морфологиясы бір ядролық кері серпілудің морфологиясына сәйкес келеді, ал оның орналасуы қабырғалар мен басқа компоненттерден ластануды шектеу үшін таңдалған ішкі көлемге сәйкес келеді.

Егер соқтығысу қараңғы материямен туындаған болса, қарастырылған түсіндірмелер үшін әдетте массасы кем дегенде ... болатын ауыр WIMP қажет болады. 200 ГэВ/с², протонның күшінен екі жүз есе үлкен. Сонымен қатар, бұл ең жиі ізделетін элементарлық өзара әрекеттесу емес, керісінше импульске, спинге немесе серпімсіз ауысуға тәуелді байланыс болар еді. Сондықтан сигнал нақты бөлшекті анықтамайды: ол талдауға ұшыраған бірнеше теориялық құрылымдармен үйлесімді.

Жергілікті максимумнан шамамен 2,6 сигмаға дейінгі жаһандық көрсеткіш

Кейбір модельдер үшін байқалған оқиға мен тек фондық гипотеза арасындағы сәйкессіздік жергілікті деңгейге жетеді 3,4 сигмаЖеке алғанда, мұндай мән ауытқу арқылы кем дегенде осындай экстремалды нәтиже алудың өте төмен ықтималдығына сәйкес келеді. Бірақ эксперимент алдын ала анықталған бірде-бір болжамды растамады: ол операторлардың, массалардың және энергия бөлінулерінің көптеген комбинацияларын зерттеді.

Гипотезалар неғұрлым көп зерттелсе, кем дегенде біреуінің кездейсоқ түрде қызықты сәйкессіздік тудыру мүмкіндігі соғұрлым жоғары болады. Бұл деп аталатын басқа жаққа қарау әсеріБірлескен жұмыс нәтижесінде Монте-Карло әдістерімен модельденген үлгілерді құру және бүкіл зерттеуді іс жүзінде қайталау арқылы сандық анықталды. Осы түзетуден кейін жалпы маңыздылық тең болып шықты 2,6 сигма, 0,5 пайыздық p-мәнімен байланысты.

Бұл оқиғаның қараңғы материя болу ықтималдығы 99,5 пайыз дегенді білдірмейді. p-мәні негізгі модель дұрыс деп есептегенде мұндай сәйкессіздікті байқаудың қаншалықты ерекше болатынын өлшейді; ол әртүрлі физикалық себептерге тікелей ықтималдық бермейді. Бөлшектер физикасындағы жаңалық деп мәлімдеудің дәстүрлі шегі ... бес сигма, әлдеқайда шектеулі.

Барлық артық мөлшердің тәуелді екендігі сақтықты арттырады бір ғана оқиғаҰқсас сипаттамалары бар тағы бір өзара әрекеттесу қызығушылықты арттырар еді, бірақ маңыздылығы автоматты түрде артпайды: энергия, детектордағы позиция, сол теориялық спектрмен үйлесімділік және күтілетін фонның жаңа әсер етумен эволюциясы анықтаушы факторлар болар еді.

Рик Гейтскелл, профессор Браун университеті және LZ өкілі жарияланған жазбадағы мерзімінен бұрын түсіндірмелерді алып тастады Шеффилд университеті:.

«Біз қорытындыларды тек бір ғана оқиғамен алдын ала бағалағымыз келмейді. Біз қараңғы материяны байқадық деп мәлімдемейміз. Бірақ біз ғылыми қауымдастықпен олардың пікірлерін жинау үшін бөліскіміз келетін қызықты нәрсені көрдік».

Төменгі жағындағы тексерулер әлі себебін тапқан жоқ

Бірлескен жұмыс бірнеше ай бойы кең таралған түсіндірмелерді тексеруге жұмсады. Модельге ішкі бета ыдыраулары, нейтринолар, ксенон изотоптары, тритий мен көміртегі-14 іздері, радиогендік және космогендік нейтрондар, S1 және S2 сигналдары арасындағы кездейсоқ сәйкестіктер және бірнеше сцинтилляция бір ионданумен байланысты болуы мүмкін конфигурациялар кіреді.

Беттерге жақын жерде пайда болған оқиғалар, қате түрде жеке болып қайта құрылған бірнеше өзара әрекеттесулер және ықтимал толқындық әсерлер де бағаланды. 248 кэВ соққы қолданылған таңдаулардан өтті және вето жүйелерінде нейтронның өткенін көрсететін сигналдармен бірге жүрмеді. Бұл кез келген сирек кездесетін процесс немесе модельдеу ақауы оны тудыруы мүмкін екенін көрсетпестен, кейбір белгілі түсіндірулерді азайтады.

Аарон Маналайсей, Лоуренс физигі Беркли ұлттық зертханасы және LZ институционалдық кеңесінің төрағасы аномальды оқиғалар күтпеген емес екенін, бірақ әдетте олардың шығу тегін мұқият тексеруден кейін ашатынын атап өтті.

«Бұл менің жұмыс істеген барлық тәжірибелерімнің ішіндегі барлық жағынан жарамды болып көрінетін аномальды оқиғаның алғашқы мысалы. Біз әлі де сирек кездесетін негізгі механизмді жіберіп алғанымызды түсінуге тырысып жатырмыз, бірақ бұл қараңғы материяны бақылаудың алғашқы белгісі болуы мүмкін бе деген ой қызықты».

Бұл жағдай өте аз санды эксперименттердің құрылымдық шектеулерін көрсетеді. Қажетті құбылыс жұмыс істеген жылдар ішінде бірнеше рет қана көрінеді деп күтілгенде, әрбір өзара әрекеттесу ғылыми салмаққа ие боладысонымен бірге, бір элементтің популяциясы спектрді қалпына келтіруге, уақытша таралуды тексеруге немесе бірнеше оқиғаларды бір-бірімен салыстыруға мүмкіндік бермейді.

Физикалық сигналды қалпына келтіру үшін бір ғана оқиға жеткіліксіз

Сэм Эриксен, аға ғылыми қызметкерБристоль университеті және зерттеудің жетекші авторы, талдаудың бұрын зерттелмеген аймақты сол деректер үлгісінде зерттегенін түсіндірді. Топ негізгі оқиғаларды тудыруы мүмкін барлық белгілі себептерді қалпына келтіруге қосымша айлар жұмсады.

«Біз детекторымызды және оның компоненттерін соншалықты жақсы білеміз, тіпті біз тапқан оқиға сияқты бір ғана түсініксіз оқиға маңызды. Біз қара материяның өзара әрекеттесуі өте сирек болады деп күтеміз, сондықтан тіпті бірнеше оқиға WIMP қара материясының алғашқы анықталуын белгілеуі мүмкін».

Тәуелсіз тексеру басқа ксенон детекторларынан, соның ішінде XENONnT Гран-Сассо ұлттық зертханаларында. Дегенмен, салыстырмалылық тиісті энергия терезелерінің, табалдырықтарының, әсер ету мәндерінің және талданатын модельдердің өлшеміне байланысты болады. Басқа аппаратпен бақыланатын ұқсас оқиға әсіресе құнды болар еді, себебі ол LZ-дің нақты аспаптық шығу тегінің ықтималдығын азайтады.

Дэн Тови, профессор және LZ тобының жетекшісіШеффилд университеті, сигналдың әзірге кең таралған процестерге байланысты екенін анықтау үшін жүргізілген барлық сынақтардан өткенін атап өтті. Дегенмен, оның табиғатын анықтаудың жалғыз жолы - деректердің көп мөлшерін зерттеу.

«Тек бір ғана оқиғамен біз жаңа физиканың алғашқы белгілерін байқап отырмыз деген қорытынды жасау мүмкін емес. Оқиғаның кең таралған процестердің нәтижесі емес екенін тексеру үшін орасан зор жұмыс атқарылды және әзірге ол барлық сынақтардан өтті. Сенімді болудың жалғыз жолы - көбірек деректерді талдау».

LZ Оңтүстік Дакотада бақылауларды жинауды жалғастыруда және WIMP аң аулау эксперименті арқылы алынған ең үлкен үлгіге ие. Болашақ деректер аномалияның оқшауланған оқиға болып қала беретінін, фонды дәлірек білу арқылы маңыздылығын жоғалтатынын немесе салыстырмалы энергия мен сипаттамалардың басқа кері серпілістерімен жалғасатынын көрсетеді. Тек осы мүмкін қайталау ғана бір ксенон жарқылын қараңғы материяның табиғаты туралы жаңалыққа айналдырады.

Міне, сізді қызықтыруы мүмкін үш түсінік:

SNOLAB екі шақырым жер астында, ғылым деректер арқылы өтеді
Евклид, ғаламның қараңғы күштерін іздеуге арналған ESA миссиясы
Ғарыш туралы (жаңа) жұмбақтарға толы «қараңғы шындықтар».