Одно событие поставило детектор LZ перед загадкой тёмной материи

Вспышка в жидком ксеноне поставила одно-единственное число в центр поисков тёмной материи. Коллаборация LUX-ZEPLIN (LZ) обнаружила событие, совместимое с отдачей ядра ксенона, получившего 248 килоэлектронвольт энергии; статистическая и систематическая неопределённости составили по 23 килоэлектронвольта. Детектор работает примерно в 1,5 километра под землёй в американской Sanford Underground Research Facility, где толща породы защищает его от большей части космических лучей.

Анализ охватил 220 суток полезного времени наблюдений с марта 2023 по апрель 2024 года, что соответствует экспозиции 2,84 тонно-года. Команда не просто повторила обычный поиск слабовзаимодействующих массивных частиц, или WIMP, а расширила окно ядерных отдач примерно до 270 килоэлектронвольт. Такой диапазон проверяет модели эффективных взаимодействий и неупругой тёмной материи, способные оставлять в ксеноне больше энергии.

После моделирования редких фоновых источников и эффектов детектора исследователи получили глобальное отклонение от гипотезы одного фона на уровне 2,6 сигмы с учётом поиска по нескольким моделям и энергиям. Максимальная локальная значимость составила 3,4 сигмы. В принятой модели фона глобальная величина соответствует примерно 0,5% вероятности получить не меньшее отклонение; это не означает 99,5% вероятности тёмной природы события. Для объявления открытия физика частиц обычно требует 5 сигм.

Если отдачу вызвала WIMP, предпочтительные модели требуют массы не менее 200 гигаэлектронвольт на c² — более чем в 200 раз тяжелее протона — и взаимодействия сложнее простейшего упругого сценария. Работа пока является препринтом, направленным в Physical Review Letters, и не завершила журнальное рецензирование. Одно событие также не исключает неизвестный источник фона. Дополнительные события с совместимыми распределениями энергии и положения повысят значимость; их отсутствие превратит вспышку в флуктуацию или подсказку для пересмотра детектора и фоновой модели.