Эксперимент LUX ZEPLIN (LZ) Dark Matter — это масштабное исследовательское усилие, в котором участвуют более 200 ученых и инженеров из 40 институтов по всему миру. Его ключевая цель — поиск слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP) путем анализа данных, собранных детектором LZ, расположенным в подземном исследовательском центре Сэнфорда в Южной Дакоте.
Недавно LZ Collaboration опубликовала результаты первого экспериментального запуска эксперимента LZ dark matter . Эти результаты, опубликованные в Physical Review Letters , устанавливают новые ограничения на взаимодействия между темной материей и другими частицами, которые могут дать информацию для будущих поисков слабовзаимодействующих кандидатов на темную материю.
«Нет никаких оснований полагать, что темная материя будет взаимодействовать с обычной материей простейшим образом, поэтому важно рассматривать более сложные взаимодействия », — рассказал Phys.org соавтор статьи Сэм Эриксен.
«В этой работе мы проверили пять очень хорошо физически мотивированных взаимодействий. Например, свидетельство одного из этих взаимодействий может указывать на то, что WIMP состоит из нескольких заряженных частиц, а не из одной частицы».
Детектор LZ содержит 7 тонн жидкого ксенона, плотной жидкой фазы благородного газа, обнаруженного в атмосфере Земли. Когда частица взаимодействует с этим жидким ксеноном, она производит вспышку света, явление, которое команда использует для поиска слабо взаимодействующей темной материи.
«Несмотря на то, что это очень чистый поиск редких событий, всего несколько событий в день в детекторе, что делает этот объем пространства самым радиоактивно чистым на Земле для ядерных откатов, мы все еще ищем то, что ожидаем лишь несколько раз в год», — сказал Майкл Уильямс, соавтор статьи. «Мы используем статистический анализ , чтобы выделить взаимодействия темной материи из этих обычных взаимодействий материи».
Сотрудничество LZ анализировало сигнатуры, собранные детектором LZ в подземном исследовательском центре Сэнфорда, с целью различения тех, которые возникают в результате отскока чего-либо от ядра, и тех, которые связаны с частицей, выбивающей электрон из атома ксенона. Разница между этими двумя типами сигнатур тонка, однако их детектор предназначен для ее обнаружения.
«Хотя наш первый поиск не дал никаких сигналов темной материи, он ограничил свойства темной материи, что, в свою очередь, позволяет уточнять теории темной материи», — сказал Уильямс. «Многие из сигналов, которые мы искали в этой работе, ранее не искались».
Результаты первого научного запуска эксперимента LZ также могут вскоре помочь улучшить теории темной материи. В частности, это может позволить физикам-теоретикам лучше моделировать поведение темной материи, включая WIMP.
«С точки зрения детектора мы значительно улучшили наше понимание детектора, продвинувшись к более высоким энергиям», — пояснил Эриксен. «Это открыло возможность обнаружения новых типов взаимодействий темной материи».
В течение следующих нескольких лет детектор LZ продолжит собирать данные, которые затем будут проанализированы коллаборацией. Эти дополнительные данные могут позволить команде установить дальнейшие ограничения на взаимодействия WIMP, потенциально способствуя будущему обнаружению сигнатур, связанных с этими неуловимыми частицами.
«Теперь мы гораздо более чувствительны к любому взаимодействию темной материи, поскольку у нас есть больше событий для анализа и выполнения статистических измерений», — добавил Эриксен.
«Мы продолжим искать намеки на эти взаимодействия в наборе данных и надеемся найти доказательства в ближайшем будущем. Мы либо сделаем революционное открытие в течение следующих нескольких лет, либо исключим больше типов темной материи, еще больше замкнув сеть».
