Первое прямое свидетельство темной материи: прорыв в физике частиц

Недавние исследования в рамках эксперимента LUX-ZEPLIN могут стать знаковым моментом в поисках темной материи. Ученые сообщают о возможном обнаружении первого прямого свидетельства существования темной материи в виде единственного предполагаемого взаимодействия между частицей, известной как слабо взаимодействующая массивная частица (WIMP), и обычной материей.

Темная материя и ее загадка

Темная материя представляет собой одну из самых больших загадок современной астрофизики. Она составляет около 85% всей массы во Вселенной, однако ее природа до сих пор остается неясной. Темная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением, что исключает возможность ее составления из известных частиц — электронов, протонов и нейтронов, которые формируют атомы, звезды и планеты.

Эксперимент LUX-ZEPLIN

Эксперимент LUX-ZEPLIN, расположенный на глубине одной мили под землей в научном комплексе Sanford Underground Research Facility (SURF) в Южной Дакоте, использует 10 тонн ультра-чистого жидкого ксенона для обнаружения взаимодействий между WIMP и обычными частицами. Анализ данных показал одно подозрительное взаимодействие, которое не может быть объяснено известными фоновыми сигналами от нормальной материи.

Значение обнаружения

Руководитель команды, Сэм Эриксен из Университета Бристоля, отметил, что это исследование проводилось в области, которая ранее не была изучена в рамках данного набора данных. "Мы потратили месяцы на дополнительные усилия, чтобы понять все возможные причины фоновых событий. Мы так хорошо понимаем наш детектор и фоновую среду, что даже одно выдающееся событие, как то, что мы нашли, имеет значение," — сказал Эриксен. Если это событие действительно вызвано редким взаимодействием между двумя WIMP, это может дать ученым важные сведения о свойствах этих гипотетических частиц. В частности, сигнал указывает на то, что масса WIMP примерно в 200 раз больше массы протона. Это также предполагает, что WIMP взаимодействуют с обычной материей иначе, чем предсказывали самые простые модели.

Статистическая значимость

Тем не менее, результаты пока не являются окончательными. Обнаружение одного события недостаточно для статистической значимости, чтобы подтвердить, что это действительно взаимодействие между WIMP и частицей обычной материи. Существует 0.5% вероятность того, что событие может быть объяснено известными фоновыми эффектами. В то время как LUX-ZEPLIN продолжает собирать крупнейший набор данных в области науки о темной материи, команда будет следить за тем, увеличивается ли значимость этого события или же она исчезает.

Перспективы

Учитывая, что взаимодействия WIMP с материей крайне редки, для подтверждения существования темной материи может потребоваться всего лишь несколько таких обнаружений. "Мы ожидаем, что события темной материи будут чрезвычайно редкими, поэтому всего несколько из них могут стать первым подтверждением существования WIMP темной материи," — добавил Эриксен. Результаты работы команды были представлены на конференции по астрофизике частиц TeV в 2026 году и поданы в журнал Physical Review Letters.