Um único evento põe o detector LZ diante da matéria escura

Um lampejo no xenônio líquido colocou um número solitário no centro da busca por matéria escura. A colaboração LUX-ZEPLIN (LZ) encontrou um evento compatível com o recuo de um núcleo de xenônio que recebeu 248 quiloelectron-volts de energia, com incertezas estatística e sistemática de 23 quiloelectron-volts cada. O detector fica cerca de 1,5 quilômetro abaixo da superfície no Sanford Underground Research Facility, nos Estados Unidos, protegido de grande parte dos raios cósmicos.

A análise cobriu 220 dias efetivos de dados coletados entre março de 2023 e abril de 2024, equivalentes a uma exposição de 2,84 toneladas-ano. Em vez de repetir apenas a busca convencional por partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs, a equipe ampliou a janela de recuos nucleares até aproximadamente 270 quiloelectron-volts. Essa faixa alcança modelos de interação efetiva e de matéria escura inelástica capazes de depositar mais energia no xenônio.

Depois de modelar fontes raras de contaminação e efeitos do detector, os pesquisadores encontraram tensão de 2,6 sigma com a hipótese de apenas fundo, já descontado o efeito de procurar um excesso em vários modelos e energias. O máximo local foi de 3,4 sigma. A significância global corresponde, sob o modelo de fundo adotado, a uma probabilidade aproximada de 0,5% de produzir uma discrepância ao menos tão forte; não é a probabilidade de 99,5% de que o evento seja matéria escura. A física de partículas costuma exigir 5 sigma para anunciar uma descoberta.

Se uma WIMP produziu o recuo, os modelos favorecidos exigem massa de pelo menos 200 gigaelectron-volts por c², mais de 200 vezes a massa de um próton, e uma interação além do cenário elástico mais simples. O artigo é um preprint submetido à Physical Review Letters e ainda não passou pela revisão final da revista. Um evento também não revela se o fundo contém uma fonte desconhecida. Os próximos dados decidirão o rumo: sinais adicionais com distribuição de energia e posição compatível fariam a significância crescer; a ausência deles transformaria o lampejo em flutuação ou pista para revisar o detector e seus fundos.