Megpillanthatták a sötét anyagot amerikai kutatók, miután egy felszín alatti detektor egy olyan jelet észlelt, amit egy atommag és egy sötétanyag-részecske közötti ütközés okozhat.

A dél-dakotai LUX-ZEPLIN (LZ) kísérlet szeptember 1-jén, a Japánban rendezett TeV részecskefizikai konferencián bejelentett és a kísérlet weboldalán közzétett eredményei korszakalkotók lehetnek. Ha azokat további mérésekkel sikerül igazolni, az azt jelentené, hogy sikerült közvetlenül megfigyelni az univerzum 27 százalékát adó sötét anyagot, amit eddig csak galaxisokra és galaxishalmazokra gyakorolt gravitációs hatásán keresztül ismertünk.

„Ez lehet az első jele a sötét anyag megfigyelésének – mondta a Reutersnek Sam Eriksen, a Bristoli Egyetem részecskefizikusa és a Physical Review Letters folyóiratnak benyújtott tanulmány vezető szerzője. – Fontos hangsúlyozni, hogy mivel ez egyetlen esemény, nem állítjuk, hogy sötét anyagról van szó”. A kísérlet által észlelt jel egy gyengén kölcsönható nagytömegű részecskével (WIMP) vág egybe, ami régóta az egyik vezető magyarázat a sötét anyag természetére, és megfelel az univerzumot leíró lambda-CDM standard kozmológiai modellnek.

„Úgy gondolhatsz a sötét anyagra, mint egy kozmikus ragasztóra, ami segített lehetővé tenni a Tejútrendszerünkhöz hasonló galaxisok létrejöttét. A sötét anyag nélkül az univerzum nagyon másképpen fejlődött volna, és azok a struktúrák, amik elvezettek a Naprendszerünk kialakulásához, sem jöttek volna létre ugyanúgy” – mondta Alvine Kamaha, a Kaliforniai Egyetem (Los Angeles) asztrofizikusa és az eredményeket közlő tanulmány társszerzője. – Amikor megfigyeljük a galaxisokat és a galaxishalmazokat, azt látjuk, hogy úgy viselkednek, mintha sokkal több tömeget tartalmaznának, mint amit a látható anyagtól várnánk”.

1,6 kilométerrel a föld alatt keresi a sötét anyagot a detektor

Az amerikai Energiaügyi Minisztérium Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratóriuma által vezetett LUX-ZEPLIN (LZ) kísérletet úgy tervezték, hogy képes legyen a normál (barionikus) anyaggal csak nagyon elvétve kölcsönható sötét anyagot észlelni. Ehhez a 10 tonnányi folyékony xenonnal töltött, henger alakú detektort 1,6 kilométerrel a felszín alatt helyezték el, a Sanford Felszín Alatti Kutatólétesítményben.

A kutatók LUX-ZEPLIN (LZ) kísérlettel annak jeleit keresik, hogy a sötétanyag-részecskék miként szóródnak xenonatommagokon. Amikor egy ilyen sötét részecske kölcsönhatásba lép egy xenonatommal, fényfelvillanások keletkeznek, aminek jellemzőiből következtetni lehet arra, hogy milyen sötét részecske vett részt a kölcsönhatásban. A keddi bejelentésben ismertetett esemény során a sötét részecske úgy viselkedett, mint amit egy WIMP és egy xenon atommag ütközésétől várnának a kutatók.

A 2023-2024 közötti megfigyelési szakaszban, 200 napnyi adatban észlelt esemény statisztikai szignifikanciája 2,6 sigma, ami elmarad a részecskefizikai felfedezés bejelentéséhez szükséges 5 sigmától. „Lehet, hogy valami rendkívülit látunk, de kivételesen körültekintőnek kell lennünk, mielőtt arra a következtetésre jutnánk [hogy sötét anyagról van szó]” – mondta Kamaha.

És erre lehet, hogy nem kell sokat várni. A mostani eredmények 220 napnyi adaton alapulnak, de eddig már több mint 700 napnyi adatot gyűjtöttek, amik az elemzés lezárultáig el vannak rejtve a kutatók elől. „Így kedvező helyzetben vagyunk ahhoz, hogy ezt a kérdést tanulmányozzuk” – mondta a Scientific Americannak Richard Gaitskell, a kísérlet egyik szóvivője és a Brown Egyetem professzora. A további adatok alapján a jelről kiderült, hogy csak egy anomália volt, vagy több hozzá hasonlót is találhatnak a kutatók.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten:

Forrás