Команда международного проекта LUX-ZEPLIN (LZ), работающего в подземной лаборатории в Южной Дакоте, США, завершила первый полноценный этап наблюдений в поиске частиц тёмной материи. За 20 000 часов исследований (более двух лет) учёные не обнаружили убедительных сигналов взаимодействия с тёмной материей. Однако, этот «нулевой результат» является важным достижением: он позволяет значительно уточнить границы существующих теорий и исключить целый класс кандидатов на роль частиц тёмной материи.
Эксперимент LUX-ZEPLIN использует детектор, наполненный сверхчистым жидким ксеноном весом более 7 тонн. Устройство предназначено для регистрации крайне редких событий, когда частица тёмной материи (например, слабовзаимодействующая массивная частица, WIMP) сталкивается с атомом ксенона, вызывая небольшую вспышку и высвобождение электронов. Подземное расположение и многослойная защита помогают минимизировать фоновые шумы.
В итоге установка достигла чувствительности, превышающей предыдущие мировые рекорды в два раза: эксперимент позволяет фиксировать взаимодействия тёмной материи с обычной материей на уровне менее 6×10−49 см2. Это примерно в миллиард миллиардов раз меньше площади протона. Иными словами, такие частицы почти полностью «прозрачны» для обычной материи, что осложняет их обнаружение. Современные теории предполагают, что тёмная материя может состоять именно из таких массивных, но слабо взаимодействующих частиц.
Как заявляют представители команды, отсутствие сигнала — не неудача. Такие результаты играют важную роль в сужении круга гипотез и разработке новых моделей. Современная физика до сих пор не знает, из чего состоит тёмная материя, которая, по оценкам, составляет около 85% всей материи во Вселенной. Поиск прямых доказательств её существования — одна из основных задач экспериментальной физики.
Эти исследования также позволили уточнить параметры редких процессов, включая бета-распад редких изотопов и фоновые взаимодействия, что повышает точность всех будущих подобных экспериментов. Кроме того, LUX-ZEPLIN продемонстрировал высокую стабильность и готовность к расширению временных рамок исследований.
Учёные уже приступили к подготовке следующего этапа эксперимента. При более длительных наблюдениях установка сможет достичь новых рубежей чувствительности. В перспективе такие данные помогут исключить или подтвердить существование целых классов частиц, предсказанных теориями сверхсимметрии или альтернативными моделями, такими как тёмные фотоны, аксионы или частицы с самовзаимодействием.
Источник: iXBT
