Głęboko pod ziemią, prawie milę pod powierzchnią, w kopalni byłej kopalni złota w Południowej Dakocie, pracuje jeden z najbardziej czułych detektorów na planecie. LUX-ZEPLIN, lub po prostu LZ, to ogromny zbiornik z dziesięcioma tonami superczystego ciekłego ksenonu. Został stworzony, aby złapać to, co dotychczas umykało wszystkim: cząstki ciemnej materii.
The results were presented earlier today by Dr Sam Eriksen of @BristolUni at the TeVPA conference in Tendo, Japan
Ciemna materia stanowi około 85 procent całej materii we Wszechświecie. Jej grawitacja utrzymuje galaktyki razem, wpływa na ruch gwiazd i kształtuje wielkoskalową strukturę kosmosu. Ale sama jest niewidzialna i prawie nie oddziałuje ze zwykłą materią. Przez dziesięciolecia fizycy budowali coraz dokładniejsze urządzenia, aby wychwycić choćby ślad jej obecności. I oto 1 września 2026 roku na konferencji TeV Particle Astrophysics w Japonii kolaboracja LZ ogłosiła wynik, który sprawił, że naukowcy stali się czujni.
W danych zebranych przez 220 „żywe” dni obserwacji od marca 2023 do kwietnia 2024 roku odkryto jedno jedyne zdarzenie. 16 czerwca 2023 roku detektor zarejestrował odrzut jądrowy — maleńkie „pchnięcie” jądra ksenonu z energią około 248 kiloelektronowoltów. To nastąpiło w tym obszarze detektora, gdzie procesy tła powinny być niezwykle rzadkie. Po dokładnej analizie naukowcy nie mogli wyjaśnić tego zdarzenia znanymi źródłami: radioaktywnymi zanieczyszczeniami, neutronami czy promieniami kosmicznymi, które jednak przebijają się przez grubość skały.
Istotność statystyczna wyniosła 2,6 sigma. Prawdopodobieństwo, że to przypadkowa fluktuacja tła, wynosi około pół procenta. Do odkrycia w fizyce cząstek potrzeba pięciu sigma. Dlatego nikt nie ogłasza detekcji ciemnej materii. Ale to najbardziej intrygujący sygnał, jaki LZ otrzymał przez cały czas pracy.
Jeśli zdarzenie rzeczywiście jest związane z ciemną materią, to cząstka musi być dość ciężka — nie mniej niż 200 gigaelektronowoltów, czyli ponad 200 razy cięższa od protonu. I musi oddziaływać inaczej niż w najprostszych modelach WIMP — słabo oddziałujących masywnych cząstek. W klasycznym obrazie takim wysokoenergetycznym odrzutom powinno towarzyszyć wiele słabszych. Ich nie zaobserwowano. To sugeruje bardziej złożone warianty: nieelastyczne oddziaływania lub egzotyczne operatory efektywnej teorii pola.
Obecnie kolaboracja ma już znacznie więcej danych — ponad 700 dni obserwacji, które wciąż czekają na ślepą analizę. Inne eksperymenty, takie jak XENONnT i PandaX, również kontynuują pracę. Jeśli podobne zdarzenia pojawią się ponownie, obraz może się zmienić. Jeśli nie — pozostanie to rzadką anomalią statystyczną.
Świat, w którym żyjemy, jest zorganizowany z zadziwiającą precyzją. Ciemna materia, której dotychczas nie dotknęliśmy bezpośrednio, decyduje o losie galaktyk i, być może, o samym istnieniu gwiazd i planet. Jeden ledwo wyczuwalny impuls w ciekłym ksenonie pod ziemią to maleńkie echo procesów rozgrywających się w skali całego Wszechświata. Na razie to tylko ślad. Ale właśnie takie ślady kiedyś otwierały nowe rozdziały w rozumieniu rzeczywistości.
