Физики впервые поймали «призрачные» частицы Солнца в ксеноновом детекторе
Pro Город
В эксперименте LUX-ZEPLIN (LZ) — одном из самых чувствительных в мире детекторов тёмной материи — учёные впервые с высокой достоверностью зарегистрировали редчайший процесс: упругое когерентное рассеяние солнечных нейтрино на ядрах ксенона. Одновременно им удалось уточнить параметры возможных частиц тёмной материи.
Согласно космологическим моделям, тёмная материя составляет около 85% вещества Вселенной, но её природа остаётся загадкой. Основные кандидаты — гипотетические тяжёлые частицы вимпы (WIMP). Их десятилетиями ищут на сверхчувствительных подземных установках.
Однако при достижении определённого порога точности поиск начинает «засоряться» фоновым шумом — сигналами от солнечных нейтрино, которые слабо взаимодействуют с веществом. Именно этот фоновый процесс, предсказанный теоретически, и удалось впервые надёжно зафиксировать в детекторе LZ.
Для этого использовался двухфазный детектор, заполненный 10 тоннами жидкого ксенона, охлаждённого до -100°C. Детектор расположен на глубине 1,5 км в бывшей золотодобывающей шахте (Южная Дакота, США) для защиты от космических лучей.
Редкость процесса: Нейтрино практически беспрепятственно проходят сквозь Землю и детектор, и лишь единичные из них сталкиваются с ядрами ксенона, создавая едва уловимую вспышку света и свободные электроны.
Преодоление порога: Ранее о возможной регистрации такого эффекта сообщали лишь эксперименты XENONnT и PandaX, но их статистическая значимость не достигала общепринятого порога открытия (5 сигма). LZ впервые преодолел этот порог.
Двойная польза: Регистрация «нейтринного фона» не только подтверждает фундаментальные физические модели, но и позволяет точнее откалибровать детектор и установить новые, более строгие ограничения на свойства гипотетических частиц тёмной материи, особенно в области малых масс.
Это достижение знаменует переход в новую эру экспериментов по поиску тёмной материи — эру «нейтрино-ограниченной чувствительности». Теперь для обнаружения вимпов потребуется либо отличать их сигналы от нейтринного фона, либо создавать ещё более масштабные и точные детекторы.
