Команда международного проекта LUX-ZEPLIN (LZ), базирующегося в подземной лаборатории в Южной Дакоте (США), объявила о завершении первой полноценной фазы наблюдений по поиску частиц тёмной материи. В течение 20 000 часов (более двух лет) учёные не зафиксировали ни одного убедительного сигнала, который можно было бы отнести к взаимодействию с тёмной материей. Тем не менее, этот «пустой результат» считается важным достижением: он позволяет существенно уточнить границы существующих теорий и исключить целый класс кандидатов на роль частиц тёмной материи.

Эксперимент LUX-ZEPLIN работает с детектором, наполненным более чем 7 тоннами сверхчистого жидкого ксенона. Устройство предназначено для регистрации крайне редких событий, при которых частица тёмной материи (например, WIMP — слабовзаимодействующая массивная частица) сталкивается с атомом ксенона, вызывая крошечную вспышку и высвобождение электронов. Подземное размещение и многослойная защита позволяют свести фоновый шум к минимуму.

Детектор тёмной материи LUX-ZEPLIN. Источник: Matthew Kapust / Sanford Underground Research Facility

В результате, установка достигла чувствительности, в 2 раза превосходящей предыдущие мировые рекорды: эксперимент способен регистрировать взаимодействия тёмной материи с обычной материей менее чем 6×10−49 см2. Это примерно в миллиард миллиардов раз меньше площади протона. Иными словами, такие частицы почти «прозрачны» для обычной материи, и именно из-за этого они так сложно обнаружимы. Современные теории предполагают, что тёмная материя может состоять именно из таких массивных, но слабо взаимодействующих частиц.

По словам представителей команды, отсутствие сигнала не означает неудачу. Напротив, такие результаты очень важны для сужения круга гипотез и разработки новых моделей. Современная физика по-прежнему не знает, из чего состоит тёмная материя, которая, по оценкам, составляет около 85% всей материи во Вселенной. Поиск прямых свидетельств её существования — одна из главных задач экспериментальной физики.

Наблюдения также позволили уточнить параметры редких процессов, в том числе бета-распада редких изотопов и фоновых взаимодействий, что повышает точность всех будущих экспериментов подобного рода. Кроме того, LUX-ZEPLIN продемонстрировал высокую стабильность и готовность к расширению временных рамок исследований.

Учёные уже начали подготовку к следующей фазе эксперимента. При более длительных наблюдениях установка сможет выйти на новые пределы чувствительности. В перспективе, такие данные помогут исключить или подтвердить существование целых классов частиц, предсказанных теориями сверхсимметрии или альтернативными моделями — такими как тёмные фотоны, аксионы или частицы с самовзаимодействием.

Подробнее на iXBT