Темная материя подала сигнал: что на самом деле зафиксировали физики под землей

Темная материя может быть ближе к прямому обнаружению, чем когда-либо прежде: американские физики зафиксировали сигнал, который соответствует столкновению с неуловимой частицей. Данные получены экспериментом LUX-ZEPLIN, но говорить о окончательном открытии пока рано — результат еще не достиг необходимого уровня статистической надежности.

Как детектор LUX-ZEPLIN ищет темную материю

Сигнал появился под землей. Детектор расположен на глубине 1,6 километра в лаборатории Санфорд в Южной Дакоте — это примерно высота пяти Эйфелевых башен, поставленных одна на другую.

Внутри конструкции находится около 10 тонн жидкого ксенона. Если гипотетическая WIMP-частица — слабо взаимодействующая массивная частица — сталкивается с атомом ксенона, столкновение порождает крошечный всплеск света. Его и пытаются отделить от шума, космических лучей и других случайных событий. Для этого детектор скрыли под толщей породы: она работает как природный экран и отсекает значительную часть лишнего излучения.

Что показали данные о возможной темной материи

Физики проанализировали записи, собранные в течение 2023–2024 годов, и нашли событие, характеристики которого согласуются со столкновением с частицей темной материи. Речь идет именно о возможном кандидате, а не о доказанном факте: подобный сигнал могут вызвать и другие процессы.

Результат имеет статистическую значимость 2,6 сигма. В физике этого недостаточно для объявления открытия — принятый порог составляет 5 сигма, когда вероятность случайного совпадения становится чрезвычайно малой. Для сравнения, 2,6 сигма — это скорее основание продолжить проверку, чем повод переписывать учебники.

Почему ученые так настойчиво ищут темную материю

Темную материю до сих пор не наблюдали непосредственно. О ее существовании судят по гравитации: она влияет на движение звезд и помогает галактикам удерживаться вместе, хотя сама не излучает света.

Ее часто сравнивают с невидимым каркасом Вселенной. Без дополнительной массы галактики, подобные Млечному Пути, могли бы формироваться совсем иначе или не возникнуть в нынешнем виде. Для представления масштаба: обычная материя — звезды, планеты, газ и мы — составляет лишь небольшую часть космического содержимого, тогда как темная материя, по современным оценкам, формирует около четверти Вселенной.

Почему окончательного открытия пока нет

Команда LUX-ZEPLIN опубликовала лишь часть доступной информации. Первый анализ охватил 220 дней работы, хотя в целом детектор собирал данные более 700 дней.

Остальные записи исследователи намеренно не раскрывают заранее. Такой подход помогает избежать ситуации, когда ученые бессознательно подбирают способ обработки данных под желаемый результат. Когда весь массив проверят, сигнал или получит дополнительное подтверждение, или окажется редким фоном.

Может ли Вселенная быть вдвое старше

Параллельно существуют модели, которые ставят под сомнение не только конкретный сигнал, но и саму необходимость в темной материи. Один из физиков предположил, что возраст Вселенной может составлять около 26,7 миллиарда лет вместо общепринятых 13,8 миллиарда.

В этой версии ускоренное расширение космоса объясняют изменениями физических констант со временем и гипотезой «усталого света», а не темной энергией и темной материей. Тем не менее, это альтернативная модель, которая еще не заменила стандартную космологическую картину. Так что нынешний результат LUX-ZEPLIN остается интригующей зацепкой, а не окончательным ответом.