Ciemna materia w laboratorium? Naukowcy na tropie niewyobrażalnego odkrycia
LUX-ZEPLIN to eksperyment nowej generacji poświęcony ciemnej materii. Bierze w nim udział około 250 naukowców z 39 instytucji w USA, Wielkiej Brytanii, Portugalii, Szwajcarii, Korei Południowej i Australii. Jego naukowcy prowadzą obserwacje w specjalnym detektorze, znajdującym się na Sanford Underground Research Facility w Południowej Dakocie. Detektor ten poszukuje klasy ciemnej materii zwanej słabo oddziałującymi masywnymi cząstkami (WIMP), zderzającymi się z jądrami atomowymi w zbiorniku z ciekłym ksenonem. Takie zderzenie spowodowałoby odrzut jądra ksenonu, wytwarzając niewielki błysk światła i uwalniając elektrony.
Pojedyncza obserwacja miała miejsce 16 czerwca 2023 roku w okresie 220 dni pracy detektora, od marca 2023 do kwietnia 2024. Naukowcy dostrzegli wtedy błysk i elektrony, które szczególnie się wyróżniały. Ich cechy wskazywały na podobieństwo do śladów prawdopodobnie ciemnej materii, która stanowi około 85 proc. całej materii Wszechświata. Naukowcy z zespołu LUX-ZEPLIN poinformowali o swoich wnioskach na konferencji TeV Particle Astrophysics w japońskim Tendō, która odbyła się 1 września.
Zjawisko jedyne w swoim rodzaju
To nieoczekiwane wydarzenie wywołało poruszenie wśród fizyków. Mowa o prawdopodobnie pierwszym zaobserwowaniu cząsteczki ciemnej materii - jednego z najbardziej enigmatycznych fundamentów kosmosu - w warunkach laboratoryjnych. Ciemna materia to niewidzialna substancja, której nigdy nie zaobserwowano bezpośrednio, pomimo dziesięcioleci badań. Jej istnienie ustalono do tej pory na podstawie jej grawitacyjnego wpływu na wszechświat. Gdyby w warunkach laboratoryjnych regularnie można by było dostrzec cząstki ciemnej materii, fizycy i astronomowie mieliby pierwszą tak dobrą szansę na poznanie tajemnic tego fundamentu kosmosu.
Naukowcy z zespołu LUX-ZEPLIN wykazali w swojej najnowszej analizie, że ta pojedyncza interakcja faktycznie może wskazywać na ślady cząstki zgodnej z cechami ciemnej materii. Według najdokładniejszych szacunków fizyków istnieje tylko około 1 na 200 szans na to, że znane cząstki wywołają takie zdarzenie, co daje istotność statystyczną 2,6 sigma (odchyleń standardowych, mierzących, jak bardzo wartości w zbiorze danych różnią się od średniej arytmetycznej). 3 sigma są zazwyczaj potrzebne do stwierdzenia istnienia dowodu w fizyce cząstek elementarnych, a 5 sigma to poziom odkrycia.
Jedna obserwacja to jeszcze nie potwierdzenie
Należy jednak podkreślić, że nawet ze wszystkimi poszlakami obserwacja z 16 czerwca nie mówi wprost, że zaobserwowane zjawisko jest związane z ciemną materią. Wcześniejsza analiza przeszukała te same dane w poszukiwaniu jąder atomowych doznających odrzutu przy niskich energiach, co jest typowym oczekiwaniem dla oddziaływań cząsteczek WIMP. Ta próba okazała się bezowocna, choć i to nie przekreśla hipotez o powiązaniu obserwacji z ciemną materią.
Fizycy biorący udział w programie LUX-ZEPLIN są ostrożni w wyciąganiu wniosków na bazie jednej obserwacji i podkreślają, że potrzebne są kolejne badania. Niemniej wyjątkowość tego wydarzenia sprawia, że kolejne poszukiwania ciemnej materii w detektorze Sanford Underground Research Facility są już tylko kwestią czasu.
Źródło: LUX-ZEPLIN
