Исследователи эксперимента LZ зафиксировали аномальный энергетический всплеск в резервуаре с жидким ксеноном, который с вероятностью 99,5% не является фоновым шумом и может быть проявлением частиц темной материи массой в 200 раз тяжелее протона.
Ключевые тезисы:
- Аномальное взаимодействие частиц зафиксировано в подземном детекторе LZ на глубине 1,6 км.
- Вероятность того, что сигнал вызван известными фоновыми помехами, составляет всего 0,5%.
- Если сигнал оставила темная материя, ее частицы обладают гораздо большей массой, чем предполагали стандартные модели вимпов.
Международная команда физиков зафиксировала уникальное взаимодействие частиц, которое на сегодняшний день является самым убедительным намеком на существование неуловимой темной материи. Анализ данных детектора LUX-ZEPLIN (LZ) показал аномальный всплеск энергии с вероятностью всего 0,5% оказаться обычным фоновым шумом.
Почти столетие ученые пытаются понять природу темной материи — невидимой субстанции, на которую приходится около 85% всей материи во Вселенной. Природа не оставила физикам прямых улик, поэтому восстанавливать картину приходится по косвенным, едва заметным следам в гигантских подземных лабораториях. Новые результаты, представленные на конференции по ТэВ-ной астрофизике частиц 2026 года в Японии, пока не объявляются окончательным открытием, но заставляют исследователей пересматривать привычные теоретические модели.
Ловушка из жидкого ксенона под землей
Чтобы поймать частицу, которую никто никогда не видел, ученые построили один из самых защищенных приборов в мире. Детектор эксперимента LZ управляется Национальной лабораторией имени Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) и находится на глубине около 1,6 километра под землей.
Установка расположена в бывшем золотом руднике Сэнфордского подземного исследовательского центра (SURF) в Южной Дакоте. Толща скальных пород служит надежным щитом, отсекающим космические лучи, а внешние детекторы и резервуар с водой защищают центральную капсулу от фоновых нейтронов. Внутри этого бастиона находится главная «мишень» — 10 тонн ультрачистого ксенона. Этот благородный газ переходит в жидкое состояние при охлаждении до температуры ниже -108 °C.
Именно здесь команда из 250 ученых и инженеров, представляющих 39 институтов, надеется зафиксировать контакт темной материи с нашей реальностью.
Бильярд с невидимкой
Механизм работы детектора строится на фиксации крошечных вспышек света. Когда неизвестная частица проникает в резервуар, она передает свою энергию атомам жидкого ксенона, запуская цепную реакцию.
Эрик Даль, профессор физики и астрономии Северо-Западного университета и соавтор исследования, сравнивает этот процесс с игрой на бильярдном столе.
«Мы знаем, что темная материя постоянно окружает нас и проходит сквозь наши тела, — отмечает Даль. — Наш сигнал — это отскок атома ксенона после столкновения с частицей темной материи. Представьте бильярд: невидимый биток врезается в один из шаров. Мы не видим сам биток, но понимаем, что он там есть, потому что другие шары начинают разлетаться. Что-то же должно было по ним ударить».
Взаимодействие рождает два сигнала. Сначала возбужденные атомы ксенона испускают короткую ультрафиолетовую вспышку. Одновременно удар выбивает электроны, которые вытягиваются электрическим полем вверх, в газообразный ксенон, где порождают вторую вспышку. Измеряя эти два импульса, физики понимают, что именно произошло внутри бака.
Аномалия размером в двести протонов
Долгие годы исследователи охотились за вимпами (WIMP) — гипотетическими слабовзаимодействующими массивными частицами, из которых, по простейшим моделям, состоит темная материя. Ожидалось, что при столкновении с ксеноном вимп отдаст ничтожное количество энергии, сопоставимое с энергией одиночного рентгеновского фотона.
Однако зарегистрированное событие оказалось сюрпризом. Выделившаяся энергия значительно превысила прогнозы для стандартного вимпа. По предварительным расчетам, если этот удар действительно нанесла частица темной материи, ее масса должна как минимум в 200 раз превышать массу протона.
«За 20 лет моей работы в области поиска темной материи это самое интересное одиночное событие, которое я когда-либо видел, — признается Эрик Даль. — Весь прошлый год мы потратили на то, чтобы найти ему объяснение. Но, проделав все математические расчеты, мы не нашли ни одного известного источника, который имел бы хотя бы 1% шанса создать подобный сигнал».
Как отсечь ложные надежды
Несмотря на исключительность события, научное сообщество не спешит с громкими заявлениями. Исследовательская группа Даля в Северо-Западном университете провела колоссальную работу по выявлению обычных явлений, способных маскироваться под темную материю.
Одним из главных источников помех является радон — природный радиоактивный газ. Его концентрация в детекторе сведена к минимуму, однако даже малейшие следы цепочки радиоактивного распада радона могут выдать импульс, неотличимый от искомого столкновения. Специализированные вычислительные инструменты помогают распутывать эти сложные следы, отбраковывая ложные срабатывания.
Нынешний результат базируется лишь на четверти от общего объема данных, который детектор LZ соберет за время своей работы. Окончательное доказательство существования такой частицы не только разгадает старейшую физическую загадку, но и станет первым железобетонным свидетельством «новой физики» за пределами Стандартной модели. Но пока ученые продолжают накапливать статистику крупнейшего в мире набора данных о темной материи, чтобы подтвердить или опровергнуть природу загадочного удара в недрах Южной Дакоты.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
FAQ: Часто задаваемые вопросы
Что такое темная материя?
Это невидимая форма материи, которая не испускает и не поглощает свет, но обладает гравитацией. По расчетам ученых, она составляет около 85% всей материи во Вселенной, удерживая галактики от распада.
Как именно детектор LZ ищет темную материю?
Установка заполнена 10 тоннами жидкого ксенона. Если частица темной материи врезается в ядро атома ксенона, прибор фиксирует две характерные вспышки света, позволяющие измерить массу и энергию невидимого «гостя».
Означает ли новый сигнал, что темная материя официально открыта?
Нет. Хотя шанс того, что это фоновый шум, составляет всего 0,5%, физики не делают выводов на основе одного события. Чтобы подтвердить открытие, коллаборации потребуется проанализировать оставшиеся 75% данных, которые детектор соберет в ближайшие годы.
Источник: Amanda Morris, Dark matter detector picks up a mysterious signal, NorthWestern, 2026
Читайте также: Темная материя способна звучать в унисон со скрытым пятым измерением