Обнаружен мешающий поиску темной материи нейтринный туман

Ученые из подземной лаборатории China Jinping в Сычуани и Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии сообщили об обнаружении признаков нейтринного тумана в своих детекторах, что может затруднить поиски темной материи. Обнаруженные взаимодействия частиц описаны в журнале Physical Review Letters.

Нейтринный туман возникает из-за большого количества солнечных нейтрино, слабо взаимодействующих частиц, проникающих даже на значительную глубину под землю. Эти частицы с энергией до 18 мегаэлектронвольт (МэВ) способны взаимодействовать с ядрами атомов в детекторах темной материи, вызывая искажение получаемых данных. Присутствие таких взаимодействий может усложнить экспериментальный поиск слабо взаимодействующих массивных частиц, или WIMP, — гипотетических кандидатов на роль темной материи.

Для экспериментов по обнаружению темной материи в обеих лабораториях используются глубокие подземные контейнеры с жидким ксеноном, расположенные на глубине до 2400 метров. Этот метод основан на ожидании, что темная материя будет свободно проходить сквозь земную кору и достигать детектора, тогда как большая часть космических лучей отсекается. Однако нейтрино Солнца также проникают на такую глубину и могут рассеиваться на ядрах ксенона.

В ходе эксперимента исследователи анализировали данные о взаимодействии нейтрино с ядром ксенона, известные как когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядре (CEνNS). В детекторе XENONnT было зафиксировано 11 таких взаимодействий с использованием машинного обучения, в то время как эксперимент PandaX-4T зарегистрировал 75 событий, что объясняется более низкой пороговой энергией, заданной в детекторе PandaX-4T, а также большей глубиной его размещения. Эти события дали возможность оценить солнечный поток нейтрино.

При регистрации потока солнечных нейтрино от радиоактивного распада изотопа 8B оба детектора продемонстрировали схожие результаты, подтверждая теоретические предсказания Стандартной модели. Поток солнечных нейтрино, зафиксированный детекторами, составил около 50 миллиардов частиц на квадратный метр в секунду, что подтверждает точность модели и надежность данных.

Хотя уровень статистической значимости достиг 2,64 сигмы для PandaX-4T и 2,73 сигмы для XENONnT, чего недостаточно для полного подтверждения (5 сигм), ученые считают полученные результаты многообещающими. В будущем исследователи планируют улучшить детекторы и продолжить сбор данных, чтобы повысить точность наблюдений и глубже понять влияние нейтринного тумана на эксперименты по поиску темной материи.