一つの事象がLZ検出器を暗黒物質の瀬戸際へ導いた

液体キセノン内の一度の閃光が、暗黒物質探索の中心に孤立した数値を置いた。LUX-ZEPLIN（LZ）共同研究は、キセノン原子核が248キロ電子ボルトのエネルギーを受けて反跳した場合と整合する事象を見つけた。統計誤差と系統誤差はそれぞれ23キロ電子ボルトである。検出器は米国サンフォード地下研究施設の地下約1.5キロメートルにあり、多くの宇宙線から遮蔽されている。

解析対象は2023年3月から2024年4月までの実稼働220日で、曝露量は2.84トン年に相当する。チームは弱く相互作用する重い粒子、WIMPの標準的探索を繰り返しただけではない。原子核反跳の窓を約270キロ電子ボルトまで広げ、キセノンにより大きなエネルギーを与え得る有効相互作用や非弾性暗黒物質のモデルを調べた。

稀な背景事象と検出器効果をモデル化した結果、複数のモデルとエネルギーを探索した効果を含めて、背景のみの仮説とのずれは全体で2.6シグマ、局所最大で3.4シグマだった。採用した背景モデルの下で、全体値は同等以上のずれが生じる確率約0.5%に対応する。事象が暗黒物質である確率99.5%という意味ではない。素粒子物理学は通常、発見の主張に5シグマを求める。

もしWIMPが反跳を生んだなら、適合するモデルは少なくとも200ギガ電子ボルト毎c²、すなわち陽子の200倍を超える質量と、最も単純な弾性過程を超える相互作用を必要とする。論文はPhysical Review Lettersへ投稿されたプレプリントで、査読は完了していない。一事象だけでは未知の背景源も除外できない。今後、エネルギーと位置の分布が合う事象が増えれば有意度は上がる。増えなければ、この閃光は統計揺らぎか、検出器と背景モデルを見直す手掛かりになる。