עמוק מתחת לאדמה, כמעט מייל מפני השטח, במכרה של מכרה זהב לשעבר בדרום דקוטה, פועל אחד הגלאים הרגישים ביותר על פני כדור הארץ. LUX-ZEPLIN, או בקיצור LZ, הוא מיכל ענק עם עשרה טונות של קסנון נוזלי טהור במיוחד. הוא נועד ללכוד את מה שעדיין חמק מכולם: חלקיקי חומר אפל.
The results were presented earlier today by Dr Sam Eriksen of @BristolUni at the TeVPA conference in Tendo, Japan
החומר האפל מהווה כ-85 אחוזים מכלל החומר ביקום. כוח הכבידה שלו מחזיק את הגלקסיות יחד, משפיע על תנועת הכוכבים ומעצב את המבנה רחב ההיקף של הקוסמוס. אבל הוא עצמו בלתי נראה וכמעט אינו מתקשר עם חומר רגיל. במשך עשורים בנו פיזיקאים מתקנים מדויקים יותר ויותר כדי לקלוט ולו רמז אחד לנוכחותו. ועכשיו, ב-1 בספטמבר 2026, בכנס TeV Particle Astrophysics ביפן, הכריזה שיתוף הפעולה LZ על תוצאה שגרמה למדענים להידרך.
בנתונים שנאספו במשך 220 ימי תצפית "חיים" ממרץ 2023 עד אפריל 2024, התגלה אירוע יחיד ויחיד. ב-16 ביוני 2023, רשם הגלאי רתיעה גרעינית - "דחיפה" זעירה של גרעין קסנון עם אנרגיה של כ-248 קילו-אלקטרון-וולט. זה קרה באזור של הגלאי שבו תהליכי רקע אמורים להיות נדירים ביותר. לאחר ניתוח מדוקדק, המדענים לא הצליחו להסביר אירוע זה על ידי מקורות ידועים: זיהומים רדיואקטיביים, נויטרונים או קרניים קוסמיות, שאכן חודרים מבעד לשכבת הסלע.
המובהקות הסטטיסטית הייתה 2.6 סיגמא. ההסתברות שזו תנודה אקראית של הרקע היא כחצי אחוז. לגילוי בפיזיקת חלקיקים נדרשות חמש סיגמא. לכן איש אינו מכריז על גילוי חומר אפל. אבל זה האות המסקרן ביותר ש-LZ קיבל אי פעם.
אם האירוע אכן קשור לחומר אפל, החלקיק צריך להיות כבד למדי - לא פחות מ-200 ג'יגה-אלקטרון-וולט, כלומר יותר מפי 200 ממסת הפרוטון. והוא צריך לקיים אינטראקציה אחרת מאשר במודלים הפשוטים ביותר של WIMP - חלקיקים מסיביים בעלי אינטראקציה חלשה. בתמונה הקלאסית, רתיעות באנרגיה גבוהה כאלה צריכות להיות מלוות ברבות חלשות יותר. הן לא נראו. זה מרמז על גרסאות מורכבות יותר: אינטראקציות לא אלסטיות או אופרטורים אקזוטיים של תורת השדות האפקטיבית.
כעת יש לשיתוף הפעולה כבר הרבה יותר נתונים - למעלה מ-700 ימי תצפית, שעדיין יש לנתח בעיוורון. ניסויים אחרים, כמו XENONnT ו-PandaX, ממשיכים גם הם בעבודה. אם אירועים דומים יופיעו שוב, התמונה עשויה להשתנות. אם לא - זה יישאר אנומליה סטטיסטית נדירה.
העולם שבו אנו חיים בנוי בדיוק מדהים. החומר האפל, שעדיין לא נגענו בו ישירות, קובע את גורלן של גלקסיות ואולי את עצם קיומם של כוכבים וכוכבי לכת. דחף אחד שכמעט לא מורגש בקסנון נוזלי מתחת לאדמה הוא הד זעיר של תהליכים המתחוללים בקנה מידה של היקום כולו. בינתיים זה רק רמז. אבל דווקא רמזים כאלה פתחו בעבר פרקים חדשים בהבנת המציאות.
