Эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ) установил новые, более строгие ограничения на возможность существования легких частиц темной материи, ускоренных космическими лучами. Результаты исследования, опубликованные в Physical Review Letters, могут помочь сузить область поиска этой загадочной формы материи, составляющей большую часть массы Вселенной.
Темная материя не испускает, не поглощает и не отражает свет, что делает ее обнаружение крайне сложной задачей. Одна из ведущих гипотез предполагает, что она состоит из слабовзаимодействующих массивных частиц (Вимп), которые реагируют с обычной материей только через гравитацию и, возможно, слабое ядерное взаимодействие. Эксперимент LZ, расположенный в подземной лаборатории Sanford (США), использует детектор с 7 тоннами жидкого ксенона, охлажденного до -100 °C. Этот детектор способен улавливать даже единичные фотоны и электроны, которые могут возникать при взаимодействии частиц темной материи с ксеноном.
Поскольку легкие частицы темной материи сложно зафиксировать, ученые рассмотрели сценарий, в котором они сталкиваются с космическими лучами, получая дополнительную энергию и становясь "видимыми" для детектора.
"Это как ловить случайные мячи за пределами бейсбольного стадиона — мы ищем редкие события, вызванные ускоренными частицами", — пояснил Айхам Аль Мусали, участник коллаборации LZ.
Результаты и перспективы Хотя исследователи не обнаружили ожидаемых сигналов, они установили новые ограничения на взаимодействие таких частиц с обычной материей. В частности, были исключены взаимодействия сильнее 3,9×10⁻³³ см² с достоверностью 90%.
"Отсутствие сигнала — тоже результат. Теперь мы знаем, где темной материи точно нет", — отметил Юнхэн Сю, участник эксперимента.
Эксперимент LZ продолжит работу до 2028 года, а ученые планируют улучшить чувствительность детектора и проверить другие модели темной материи.