Търсенето на тъмна материя произведе необясним сигнал

Експеримент, търсещ признаци на неуловимата тъмна материя, е открил необясним сигнал. Учените, работещи върху експеримента Xenon1T, са открили повече активност в своя детектор, отколкото бяха очаквали в началото.

Този „излишък от събития“ би могъл да потвърди съществуването на неоткрита по-рано частица от тъмна материя, наречена аксион.

Тъмната материя представлява 85% от материята в Космоса, но нейната природа е неизвестна. Каквато и да е, тя не отразява или излъчва, т.е. не пропуска навън или навътре в себе си светлина, оттук и името.

Има три потенциални обяснения за новия сигнал от експеримента Xenon1T. Две от тях изискват нова физика за обяснение, докато третата е в съответствие с хипотетичната частица от тъмна материя, наречена слънчев аксион.

Досега учените наблюдават само косвени доказателства за съществуването на тъмната материя. Окончателното директно откриване на частици от тъмна материя все още не е направено.

Има няколко теории, които да отчитат каква може да е тази частица. Най-предпочитаният от тях е WIMP, или Weakly Interacting Massive Particle, (Cлабо взаимодействаща масивна частица).

Физиците, работещи върху експериментите от серията Xenon, прекараха повече от десетилетие в лов за признаци на тези WIMP. Но търсенето си остава безрезултатно.

Експериментът е бил осъществен дълбоко под земята в съоръжението „Гран Сасо“ в Италия, от 2016 г. до 2018 г. Детекторът му е бил напълнен с 3,2 тона свръх чист втечнен ксенон, два тона от които са служили като „мишена“ за взаимодействия между ксеноновите атоми и други частици, които минават през него. Когато частица пресече целта, тя може да генерира малки проблясъци светлина и свободни електрони от ксенонов атом.

Повечето от тези взаимодействия – известни още като „събития“ – са с частици, за които вече знаем, като муони, космически лъчи и неутрино. Това представлява така наречения от учените ​​фонов сигнал.

Потенциалният сигнал от неоткрита частица трябва да бъде достатъчно силен, за да се издигне над този фонов шум. Учените внимателно са преценили броя на фоновите събития в Xenon1T. Те очаквали да видят приблизително 232 „събития“, но вместо това експериментът показал 285 – излишък от 53 „събития“.

Едно от обясненията може да бъде нов, по-рано неизвестен източник на фоново замърсяване, причинено от наличието на малки количества тритий в детектора на Xenon1T. Може да се дължи и на неутрино, трилиони от които преминават през тялото на човек безпрепятствено всяка секунда.

Едно от обясненията може да бъде, че магнитният момент (свойство на всички частици) на неутрино е по-голям от стойността му в Стандартния модел, който категоризира елементарните частици във физиката.

Ако това е така, то би било силен намек, че е необходима някаква друга, нова физика, за да бъде обяснено. Въпреки това, излишъкът на „събития“ е най-съвместим със сигнал получен от слънчеви аксиони, много лека, но все още неоткрита частица, която също е кандидат за тъмна материя.

В статистически план, хипотезата слънчев аксион има значение от 3,5 сигма. Въпреки че това значение е доста голямо, то не е достатъчно убедително, за да се заключи категорично, че съществуват аксиони. Значение от пет сигма обикновено са приема за праг за откритие.

Значението на хипотезите за тритий и неутрино магнитен момент съответства на 3,2 сигма, което означава, че те също са в съответствие с данните.

Учените, работещи върху проекта Xenon, в момента го надграждат до различна итерация, наречена XENONnT. С по-добри данни от тази бъдеща версия, те са уверени, че скоро ще разберат дали излишъкът от събития е статистически замърсител на фона или нещо много по-вълнуващо.