Detektor tamne materije LUX-ZEPLIN registrovao signal koji naučnici za sada ne mogu objasniti

Međunarodni tim naučnika koji radi na eksperimentu LUX-ZEPLIN (LZ) zabilježio je neobičnu interakciju čestica koju je teško objasniti poznatim izvorima pozadinskog šuma, a pojavila se upravo u oblasti gdje bi se očekivao signal tamne materije. Istraživači naglašavaju da ne tvrde da su otkrili tamnu materiju, ali kažu da je riječ o najuvjerljivijem mogućem signalu koji je LZ do sada zabilježio.

Tamna materija je nevidljiva supstanca za koju se smatra da čini oko 85 odsto ukupne materije u vasioni. Njeno gravitaciono djelovanje vidljivo je širom kosmosa, ali nijedan eksperiment do sada nije direktno detektovao samu supstancu, pa ostaje jedan od najvažnijih neriješenih problema savremene fizike.

Eksperiment LZ okuplja 250 naučnika i inženjera iz 39 institucija, a njime upravlja Nacionalna laboratorija Lorens Berkli pri Ministarstvu energetike SAD. Detektor se nalazi skoro milju ispod zemlje, u podzemnom istraživačkom postrojenju Sanford u Južnoj Dakoti, a njegovo srce čini deset tona izuzetno čistog tečnog ksenona. Uređaj je prvenstveno namijenjen traganju za takozvanim WIMP česticama - slabo interagujućim masivnim česticama, jednim od vodećih kandidata za objašnjenje tamne materije.

Rezultati su predstavljeni na naučnom skupu posvećenom čestičnoj astrofizici u Japanu, a rad će biti objavljen i na arhivu naučnih radova, kao i podnesen časopisu Physical Review Letters.

„Veoma nas intrigira ovaj događaj u podacima, u oblasti u kojoj očekujemo pojavu tamne materije i gdje su konkurentski izvori šuma vrlo niski", rekao je Rik Gejtskel, profesor na Univerzitetu Braun i portparol projekta LZ. „Sa samo jednim događajem ne želimo da žurimo sa zaključcima. Ne tvrdimo da smo vidjeli tamnu materiju, ali smo vidjeli nešto zanimljivo što želimo da podijelimo sa naučnom zajednicom."

Za analizu su korišćeni podaci prikupljeni tokom 220 dana posmatranja, između marta 2023. i aprila 2024. godine. Za razliku od ranijih pretraga, ovog puta su naučnici proširili opseg istraživanja na širi spektar mogućih interakcija WIMP čestica koje mogu ostaviti veću količinu energije u detektoru.

Sam Eriksen, viši istraživač na Univerzitetu u Bristolu i vodeći autor studije, objasnio je da je timu bilo potrebno nekoliko mjeseci dodatnog rada da bi razumjeli sve moguće uzroke pozadinskih događaja. „Toliko dobro razumijemo naš detektor i pozadinske signale da je čak i jedan izuzetan događaj, poput ovog koji smo pronašli, značajan. Očekujemo da su događaji tamne materije izuzetno rijetki, tako da bi tek šačica takvih događaja mogla da označi prvu detekciju WIMP tamne materije", naveo je Eriksen.

Ukoliko bi neobičan signal zaista poticao od tamne materije, odgovorna čestica WIMP bi vjerovatno imala masu od najmanje 200 gigaelektronvolti, što je više od 200 puta veće od mase protona. Takav rezultat bi takođe ukazivao na poseban tip interakcije između WIMP čestica i obične materije, drugačiji od najjednostavnijih modela koji se obično razmatraju u potrazi za tamnom materijom.

Naučnici ostaju oprezni jer se u fizici čestica rezultat obično smatra otkrićem tek kada dostigne takozvanih pet sigma statističke značajnosti. Novi nalaz LZ trenutno se nalazi na 2,6 sigma, što, prema istraživačima, odgovara vjerovatnoći od oko 0,5 odsto da bi neobičan događaj mogao da potiče od poznatih pozadinskih izvora. Dalja prikupljanja podataka pokazaće da li će statistička značajnost signala rasti ili će naznaka vremenom nestati.