Очередной удар по поискам темной материи — провал одного из крупнейших на сегодняшний день экспериментов
Эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ), самый чувствительный детектор темной материи в мире, вновь не зафиксировал следов гипотетических частиц WIMP. Проанализировав рекордный объем данных за 280 дней, ученые установили жесткие ограничения на возможные свойства этих частиц, фактически загнав главную гипотезу о природе «невидимой» массы Вселенной в угол. Однако, по иронии судьбы, именно «нулевой» результат открывает новую главу в поисках: физики либо увидят WIMP в оставшихся 75% данных, либо будут вынуждены признать, что теория ошибочна.
Охота на невидимку: почему WIMP под подозрением
Слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP) десятилетиями считались идеальным кандидатом на роль темной материи, составляющей около 85% всей массы Вселенной. Их главное свойство — почти полная «прозрачность»: они не поглощают и не излучают свет, а их столкновения с обычной материей чрезвычайно редки. Детектор LZ, расположенный на глубине 1,5 км в шахте в Южной Дакоте, был построен именно для того, чтобы поймать эти редкие события. Внутри двух титановых резервуаров находится 10 тонн жидкого ксенона — идеальной среды, в которой гипотетическое столкновение WIMP с ядром атома должно вызвать едва уловимую вспышку света.
Рекордная чувствительность и «слепой» метод
Новый анализ, охватывающий данные с марта 2023 по апрель 2024 года, стал самым глубоким поиском WIMP за всю историю. Ученые впервые применили технику «соления»: в реальные данные добавлялись ложные сигналы, чтобы исследователи не могли подсознательно подогнать результаты под ожидаемую теорию. «Это новые серьезные глобальные ограничения на темную материю и WIMP», — заявил Чамкаур Гаг, представитель коллаборации LZ. Итог оказался обескураживающим для сторонников гипотезы: не найдено никаких следов частиц с массой от 9 ГэВ/c² и выше. Если WIMP и существуют, они взаимодействуют с материей еще слабее, чем предполагали самые смелые модели.
Команда LZ намерена собирать данные до 2028 года, доведя общий объем наблюдений до 1000 дней. Параллельно ведутся разработки детектора нового поколения XLZD. «Если LZ не обнаружит WIMP, а XLZD не обнаружит их, то это, вероятно, будет конец WIMP», — резюмирует Гаг.
Последние неудачи LZ — лишь звено в цепи разочарований. Ранее аналогичные «пустые» результаты показали детекторы XENONnT и PandaX-4T. Это заставляет научное сообщество все активнее рассматривать альтернативные теории: аксионы, стерильные нейтрино или модифицированные модели гравитации. Фактически, «нулевой» результат LZ не опровергает существование темной материи, но резко сужает область поиска, делая ставку на то, что природа этой субстанции может оказаться куда более экзотичной, чем простая частица.
