На глубине полтора километра учёные зафиксировали возможный сигнал тёмной материи
Под землёй, на глубине почти полутора километров, в бывшей золотой шахте американского штата Южная Дакота, уже несколько лет идёт охота за самым неуловимым веществом во Вселенной. Эксперимент LUX-ZEPLIN, или LZ, проводимый на базе подземного исследовательского комплекса Sanford Underground Research Facility, предназначен для того, чтобы поймать редчайшие взаимодействия частиц тёмной материи с обычной материей. И недавно исследователи получили сигнал, который может оказаться именно тем, чего они ждали.
Детектор, заполненный десятью тоннами жидкого ксенона, находится на такой глубине не случайно. Грунт толщиной в полтора километра служит естественным щитом от космических лучей и других фоновых излучений, которые могли бы создать ложные сигналы. В этом тёмном, изолированном от внешнего мира пространстве учёные надеются зафиксировать столкновение гипотетических частиц тёмной материи с атомами ксенона. Главные кандидаты на роль таких частиц — WIMP, слабо взаимодействующие массивные частицы, которые, по предположениям, могут проходить сквозь обычное вещество почти незаметно.
Исследователям удалось зарегистрировать единичное событие, известное как ядерная отдача, которое по своим параметрам соответствует ожидаемому взаимодействию WIMP с ядром атома ксенона. Это событие могло бы стать первым прямым доказательством существования тёмной материи, однако ведущий автор исследования, физик Сэм Эриксен из Бристольского университета, призывает к осторожности. Он уточнил, что случай был единичным, и на данный момент нельзя утверждать, что это была именно тёмная материя.
Наблюдаемый эффект может иметь и иное объяснение. В физике элементарных частиц редкие события часто оказываются результатом неизученных фоновых процессов или погрешностей оборудования. Поэтому сейчас главная задача исследователей — исключить все возможные альтернативные источники сигнала. Если другие версии не подтвердятся, это событие станет настоящей сенсацией. Но если удастся найти объяснение, тогда придётся продолжать поиски дальше.
Параллельно с этими экспериментами физики-теоретики, в частности из Института теоретической физики «Периметр» в Канаде, изучают саму природу тёмной материи с другой стороны. Они исследовали гипотетическую «тёмную силу» — дополнительное взаимодействие между частицами тёмной материи помимо гравитации. И здесь их ждал сюрприз: эффект этого предполагаемого взаимодействия оказался противоположным тому, что предсказывали модели. Это означает, что наши представления о свойствах тёмной материи могут быть далеки от реальности, и её внутренняя структура, если таковая существует, устроена сложнее, чем считалось.
Таким образом, обнаружение единичного сигнала в шахте Южной Дакоты — лишь верхушка айсберга в многолетних попытках человечества понять, из чего состоит большая часть Вселенной. Тёмная материя, которая, по расчётам, составляет около четверти всей массы космоса, по-прежнему ускользает от прямого наблюдения. И даже если нынешний сигнал не подтвердится, сам факт того, что учёные подошли так близко к его регистрации, говорит о том, что мы на верном пути. Вопрос только в том, сколько ещё попыток потребуется, чтобы наконец увидеть невидимое.
