Физики из эксперимента XENONnT зарегистрировали упругое когерентное рассеяние солнечных нейтрино на ядрах ксенона. Это удалось сделать при помощи детектора для поиска темной материи. Об этом ученые сообщили на конференции IDM, а также в коротком сообщении на официальном сайте эксперимента.
Одна из наиболее популярных гипотез о составе темной материи предполагает наличие во Вселенной большого количества массивных, нейтральных и крайне слабо взаимодействующих с остальным веществом частиц — вимпов (от английского WIMP — Weakly Interacting Massive Particles). Физики по всему миру пытаются зарегистрировать частицы темной материи, чтобы подтвердить эту гипотезу, но пока безрезультатно. Для этих целей ученые строят высокотехнологичные детекторы, которые размещают в подземных лабораториях для уменьшения фона, генерируемого космическим излучением. Однако существует фон, от которого невозможно спрятаться даже под толщей земли — фон от солнечных и атмосферных нейтрино. Эти нейтрино могут взаимодействовать с ядрами атомов вещества детекторов по каналу упругого когерентного рассеяния и генерировать сигналы, аналогичные ожидаемым от вимпов.
Отсутствие сигналов от вимпов мотивирует ученых развивать технологии и строить все более чувствительные детекторы, для которых фон от нейтрино уже может представлять проблему для поиска темной материи. Кроме того, изучение непосредственно нейтринного сигнала от Солнца — это сама по себе важная задача.
Впрочем, чувствительности детекторов по поиску темной материи до сих пор было недостаточно, чтобы зарегистрировать события от нейтрино, и уж тем более чтобы этот фон серьезно мешал экспериментам.
10 июля 2024 года член коллаборации XENONnT Гао Фэй (Fei Gao) объявил на конференции IDM о первой регистрации нейтрино, которые образовались в реакциях на Солнце в основном при участии изотопа бор-восемь (8В) в pp-цикле. Для этого физики использовали двухфазный ксеноновый детектор, заполненный 5,9 тонны ультрачистого жидкого ксенона, расположенный в национальной подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии.
Ученые проанализировали данные, набранные за два года работы эксперимента, и обнаружили превышение количества сигналов в области малых энергий ядер отдачи над предполагаемым фоном. Это превышение оказалось в согласии с ожидаемым сигналом от упругого когерентного рассеяния, вызванного потоком солнечных нейтрино от бора-восемь. Статистическая значимость результата составила 2,7 сигма, что соответствует вероятности 0,35 процента, что это превышение возникло из-за флуктуаций фона.
Хотя упругое когерентное рассеяние нейтрино уже было зарегистрировано в эксперименте COHERENT на импульсном ускорителе, измерение коллаборации XENONnT становится первой регистрацией этого процесса от астрофизического источника, а также его первым измерением на ядрах ксенона.
Ученым уже удавалось зарегистрировать процесс упругого когерентного рассеяния нейтрино на ускорителе, а теперь и от астрофизического источника. Однако физикам пока не удается увидеть этот процесс для реакторных антинейтрино.