LUX-ZEPLIN u Južnoj Dakoti uhvatio trag tamne materije
Saradnja od 250 naučnika saopštila je da je detektor LUX-ZEPLIN, duboko ispod zemlje u Južnoj Dakoti, zabeležio jedan događaj koji ne uspeva da objasni poznatim izvorima zračenja.
Međunarodna saradnja LUX-ZEPLIN (LZ), oko 250 naučnika i inženjera iz 39 ustanova, predstavila je 1. septembra na konferenciji TeV Particle Astrophysics 2026 u Japanu rezultat koji za sada ne uspeva da objasni poznatim izvorima pozadinskog zračenja. U pitanju je pojedinačan događaj zabeležen detektorom koji radi duboko ispod zemlje, u Sanford Underground Research Facility u Južnoj Dakoti, nekadašnjem rudniku zlata. Rezultat ne dostiže statistički prag za tvrdnju o otkriću, ali je, po rečima same saradnje, najuverljiviji nagoveštaj tamne materije koji je ovaj eksperiment do sada zabeležio. Rad je postavljen kao pretisak na arXiv i poslat je časopisu Physical Review Letters na recenziju.
Tamna materija se, po sadašnjem naučnom konsenzusu, ne može direktno videti, ali čini oko 85 odsto mase u vasioni, dok je preostalih 27 odsto mase i energije svemira raspoređeno na obično vidljivo materiju i tamnu energiju. Postojanje se izvodi iz gravitacionih efekata, iz posmatranja galaksija koje se okreću brže nego što bi trebalo s obzirom na vidljivu masu u njima. LZ je optimizovan za traganje za takozvanim WIMP-ovima, slabo interagujućim masivnim česticama, jednim od kandidata koji se decenijama razmatraju uz aksione i takozvane MACHO objekte poput usamljenih planeta i ugašenih zvezda. Astronomska osmatranja su ranije pokazala da tih objekata nema dovoljno da bi objasnili nedostajuću masu, pa WIMP-ovi ostaju među glavnim kandidatima. LZ je ovaj isti skup podataka ranije već pretraživao, tražeći slabije signale od najjednostavnijih tipova sudara WIMP-a sa jezgrima ksenona. Nova analiza je proširila opseg pretrage na energičnije interakcije, i upravo je u tom širem opsegu izronio događaj koji odudara od očekivane pozadine.
Analiza je obuhvatila 220 dana rada detektora, sa podacima prikupljenim između marta 2023. i aprila 2024. godine. Srce detektora je cilindrična komora sa 10 tona ultračistog tečnog ksenona, okružena vodenim rezervoarom i spoljašnjim detektorima koji odbijaju pozadinske neutrone, dok skoro milja i po stene iznad štiti komoru od kosmičkog zračenja. U celom tom periodu, u oblasti gde je pozadinsko zračenje najniže i gde se signal tamne materije i očekuje, zabeležen je samo jedan događaj čiji spektar energije uzmaka atomskog jezgra istraživači nisu uspeli da objasne poznatim izvorima. Statistička jačina nalaza je 2,6 sigma, dok fizika za tvrdnju o otkriću traži prag od 5 sigma. Procenjena verovatnoća da je događaj ipak posledica poznate pozadine iznosi oko 0,5 odsto. Ako bi bio izazvan tamnom materijom, čestica bi po proračunu imala masu veću od 200 gigaelektronvolti, više od 200 masa protona, i ukazivala bi na tip interakcije koji izlazi iz okvira najjednostavnijeg modela.
Rik Gejtskel, profesor na Univerzitetu Braun i portparol saradnje LUX-ZEPLIN, opisao je nalaz obazrivo:
Sa samo jednim događajem ne želimo da žurimo pred sebe. Ne tvrdimo da smo videli tamnu materiju.
U razvoju alata kojima je događaj analiziran učestvovao je i Univerzitet u Olbaniju. Tamošnji tim, u kom su vanredni profesori Sesilija Levi i Metju Sidžagis, razvio je simulacioni softver NEST, koji saradnja LZ koristi da razdvoji moguće pozadinske signale od kandidata za tamnu materiju. Sidžagis je u saopštenju Univerziteta u Olbaniju naveo:
Naučnici Univerziteta u Olbaniju vodili su razvoj simulacionog softvera poznatog kao NEST, koji se koristi u eksperimentu LZ.
Radom detektora upravlja Nacionalna laboratorija Lorens Berkli, koja pripada Ministarstvu energetike Sjedinjenih Američkih Država. Sledeći korak saradnje je analiza dodatno prikupljenih podataka, kojom će se videti da li signal raste sa vremenom ili se gubi u statističkom šumu.
Šta ovaj nalaz ne dokazuje
Jedan događaj nije otkriće, i sama saradnja to naglašava. Statistička jačina od 2,6 sigma ostavlja realnu, iako malu, mogućnost da je u pitanju retka pozadinska pojava koju istraživači još nisu prepoznali kao takvu, po njihovoj sopstvenoj proceni oko 0,5 odsto. LZ do sada nije objavio nijedan nalaz koji bi dostigao prag od 5 sigma potreban za tvrdnju o otkriću u fizici čestica, a i ovaj rezultat, kako stoji u samom saopštenju, tek ide na recenziju u Physical Review Letters. Da bi se nalaz uopšte razmatrao kao ozbiljan kandidat za tamnu materiju, po pravilima struke bi trebalo da se ponovi, po mogućstvu i u drugom tipu detektora, na primer sa tečnim argonom, i da se čestica pokaže u laboratorijskim uslovima, a ne samo kao pojedinačan trag u podzemnom detektoru. Do tada, ovo ostaje ono što saradnja i sama kaže da jeste: nagoveštaj vredan pažnje, ne dokaz.
