Первый намёк на тёмную материю — детектор в Южной Дакоте зафиксировал аномалию

Под полуторакилометровым слоем горной породы в Южной Дакоте находится огромный детектор LUX-ZEPLIN — один из самых чувствительных инструментов в мире для поиска тёмной материи. Он содержит десять тонн сверхчистого жидкого ксенона. Идея проста: если частица тёмной материи столкнётся с атомом ксенона, произойдёт крошечная вспышка света. Огромный слой породы сверху защищает детектор от космических лучей, а дополнительные системы помогают отсеивать сигналы от обычной материи. После двух лет анализа данных международная команда из 250 учёных из 39 институтов зафиксировала нечто необычное — одну частицу, поведение которой не укладывается в известные объяснения. Это может быть первым прямым свидетельством существования тёмной материи.

Что такое тёмная материя

Тёмная материя — это гипотетическое вещество, которое составляет около 85 процентов всей материи во Вселенной. Она не поглощает, не отражает и не излучает свет, поэтому её невозможно увидеть. О её существовании мы знаем только по гравитационным эффектам: галактики вращаются слишком быстро, чтобы их удерживала только видимая материя. Без тёмной материи они бы разлетелись. Её ищут уже почти столетие, но прямых доказательств пока не было.

Что произошло в детекторе

Одно событие — только одно — не соответствует ожидаемому фону. Оно может быть результатом столкновения слабо взаимодействующей массивной частицы, одного из главных кандидатов на роль тёмной материи, с атомом ксенона. Статистическая значимость сигнала — 2,6 сигма, что означает примерно 0,5-процентную вероятность того, что это случайность. Для объявления об открытии физики обычно требуют 5 сигм. Но то, что сигнал появился именно в той области данных, где ожидается тёмная материя, а фоновые процессы крайне маловероятны, привлекло внимание исследователей.

Что говорят учёные

«Мы очень заинтригованы этим событием, — говорит профессор Рик Гейтскелл из Университета Брауна. — Мы не утверждаем, что увидели тёмную материю. Но мы увидели нечто интересное, чем хотим поделиться с научным сообществом». Доктор Сэм Эриксен из Бристольского университета, ведущий автор анализа, назвал это «первым шагом к пониманию тёмной материи как частицы» и «невероятно захватывающим» результатом.

Что дальше

Результаты представлены на конференции по астрофизике частиц в Японии и отправлены в научный журнал для публикации. Это только начало. Если сигнал подтвердится при дальнейших наблюдениях, это станет одним из величайших открытий в истории физики. Но пока это только один сигнал. Одно событие, которое может быть чем угодно — или ничем. Вопрос в том, увидит ли детектор его снова. И если да — тогда всё изменится. А пока учёные ждут. И смотрят на ксенон. В надежде, что он заговорит снова. Или, возможно, что он ошибся. Но ошибка в таком случае была бы не менее значительной, чем открытие. Потому что она означала бы, что мы чего-то не понимаем. И это, возможно, даже более интересно. Или, скорее, страшно. Потому что мы не знаем, что ищем. И не знаем, найдём ли. И не знаем, что будет, если найдём. Но поиск продолжается. И, возможно, он уже начал приносить плоды. Или, возможно, он только начал. Время покажет. Как и всегда.