Ілюстративне фото з відкритих джерел

Вчені зробили крок уперед у розгадці однієї з найбільших загадок фізики – природи темної матерії, яка становить більшу частину маси Всесвіту. Нові результати експерименту LUX-ZEPLIN (LZ), найбільш чутливого у світі детектора темної матерії, обмежили можливості для існування одного з головних її кандидатів – слабковзаємодіючих масивних частинок (WIMP), повідомляє ScienceDaily.

“Хоча ми завжди сподіваємося відкрити нову частинку, важливо встановлювати чіткі межі того, якою темна матерія може бути насправді”, – пояснив фізик Х’ю Ліппінкотт з Каліфорнійського університету у Санта-Барбарі.

Детектор LZ розташований майже за милю під землею у Sanford Underground Research Facility (Південна Дакота, США). Він містить 10 тонн рідкого ксенону, ізольованого від зовнішніх впливів, що дозволяє фіксувати найслабші сигнали від потенційних частинок темної матерії.

Аналіз останніх 280 днів роботи (з березня 2023-го до квітня 2024 року) у поєднанні з попередніми даними звузив простір для пошуку WIMP. Учені планують продовжити збір даних щонайменше до 2028 року.

Принцип дії LZ схожий на “більярд”: у разі удару WIMP по ядру ксенону виникає світловий та електронний сигнал, який реєструють сенсори. Для усунення хибних результатів застосовують кілька рівнів захисту – від спеціальних матеріалів з низьким фоном до додаткового зовнішнього детектора, який відстежує нейтрони та інші “мімики” WIMP, зокрема радон.

Щоб уникнути упередженості в інтерпретації, команда навмисно додає у дані фіктивні сигнали (“засолювання”), розкриваючи їх лише наприкінці аналізу.

“Ми розширюємо межі пошуку, куди раніше ніхто не заглядав”, – зазначив координатор проєкту Скотт Хазельшвардт. “Якщо ми зробимо відкриття, воно має бути абсолютно достовірним”.

Результати вже дозволили відкинути низку теоретичних моделей темної матерії та точніше спрямувати пошуки. Крім того, детектор LZ здатний виявляти рідкісні події в інших галузях фізики – від сонячних нейтрино до розпадів ізотопів ксенону.

До співпраці LZ входять понад 250 учених із 38 наукових установ у США, Великій Британії, Португалії, Швейцарії, Південній Кореї та Австралії. У перспективі планують модернізувати установку та створити детектор наступного покоління – XLZD.

Підготував: Сергій Дага