Новини науки

Детектор темної матерії зареєстрував аномально велику кількість подій

Учасники проекту XENON1T повідомили про нові результати, отримані на найчутливiшому детекторі темної матерії в світі. Вчені зареєстрували аномально багато подій, що може свідчити як про існування нових частинок сонячних аксионів, так і про нові властивості нейтрино. То чи є темна матерія?

Темна матерія складає близько чверті маси-енергії Всесвіту. Вже багато років вчені по всьому світу намагаються довести її існування експериментально, тому що в основному на існування темної матерії вказують непрямі гравітаційні аномалії, такі як гравітаційне лінзування і зміни швидкості розширення Всесвіту. Проблема прямого детектування полягає в тому, що фізики досі не знають, з чого складається темна матерія. Відомо тільки, що це не можуть бути частинки Стандартної моделі. Вчені вважають, що темна матерія складається з частинок, які вільно проходять крізь звичайні не надто чутливі детектори, але при цьому сумарно вони мають досить велику масу, щоб вплинути на речовину макроскопічно через гравітаційну взаємодію.

детектор XENON1T

Теоретично, зареєструвати настільки невловимі частинки можна, якщо побудувати великий за площею детектор, який містить дуже багато атомів речовини. Спостерігаючи за детектором досить довго, можна вловити не тільки гравітаційні аномалії – зіткнення між частинками темної матерії і звичайною речовиною дуже рідкісні, але не неможливі. Детектор XENON1T відноситься до такого типу установок і є найчутливішим детектором темної матерії на сьогоднішній день. Як робоче тіло в ньому використовується 3,2 тонни охолодженого рідкого ксенону.

На сайті колаборації XENON1T вчені повідомили про результати останнього експерименту – дослідники вперше побачили, як установка зафіксувала аномально велику кількість подій. Фізики не стверджують, що виявили темну матерію, адже джерело подій поки не визначено.

Коли частка перетинає мішень XENON1T, вона створює слабкі збудження в атомах ксенону. Більшість цих взаємодій відбувається від відомих частинок, тому вчені ретельно калібрують кількість фонових подій в установці. Цього разу, коли дані XENON1T були зіставлені з еталонними фоновими шумом, було помічено перевищення подій майже на 23%.

Отримані дані можуть бути результатом залишку тритію в установці. Тритій, радіоактивний ізотоп водню, розпадається, випускаючи електрон з енергією, подібною до тієї, що спостерігалася в експерименті.

Також дані можуть свідчити про існування нової частинки, відомої як сонячний аксіон. Спостережуваний надлишок має енергетичний спектр, схожий на той, який очікується від аксионів, що утворюються на Сонці. Хоча сонячні аксиони не є частинками темної матерії, раніше їх не вдавалося виявити. З результатів експерименту вчені отримали ймовірність 1 до 5000, що зареєстроване перевищення викликане випадковою флуктуацією, а не сигналом від сонячних аксионів. Однак цього не досить, щоб зробити висновок про існування цих частинок.

Інша гіпотеза полягає в тому, що магнітний момент нейтрино виявився більше, ніж його пророкує Стандартна модель. Це було б сюрпризом для фізиків і стало б темою подальших експериментів.

Найближчим часом учені оновлять установку XENON1T до XENONnT з робочим тілом в три рази більше, що поліпшить калібрування і зробить вимірювання ще більш точними. Використовуючи цю установку, дослідники зможуть точно з’ясовувати природу цих подій.