Поиск темной материи сужается по мере того, как детектор устанавливает новые границы и обнаруживает солнечные нейтрино
Нижняя и верхняя матрицы ламп фотоумножителя подготовлены для LZ в подземном исследовательском центре Сэнфорда в Южной Дакоте.
Австралийские исследователи внесли ключевой вклад в успех эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) — самого чувствительного детектора темной материи в мире, расположенного на глубине километра под землей в Южной Дакоте. Недавно опубликованные результаты еще больше сузили границы поиска слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMPs) — одного из вероятных кандидатов на роль темной материи, которая составляет около 27% массы Вселенной (или 85% ее вещества). Анализ данных, собранных за 417 дней с марта 2023 по апрель 2025 года с помощью 10-тонного детектора с жидким ксеноном, не выявил доказательств темной материи с массами от 3 до 9 гигаэлектронвольт (ГэВ), установив лучшие в мире ограничения выше 5 ГэВ.
Доктор Тереза Фрут из Школы физики Сиднейского университета и доктор Роберт Джеймс из Мельбурнского университета — двое из международной команды в 250 ученых. Доктор Фрут сыграла важную роль в запуске детектора, работая над ним десять лет, включая периоды в Оксфордском университете и Университетском колледже Лондона. Доктор Джеймс руководил статистическим анализом. Оба — сотрудники Центра передового опыта ARC в области физики частиц темной материи.
Результаты представляют собой новую веху: впервые LZ зарегистрировал солнечные нейтрино (на основе бора-8), образующиеся в термоядерных реакциях в центре Солнца. Это произошло через процесс когерентного упругого рассеяния нейтрино на ядрах (CEvNS), открытый в 2017 году. Ранее такие взаимодействия наблюдались в детекторах PandaX-4T и XENONnT.
"Удивительно, что наш детектор достаточно чувствителен, чтобы улавливать нейтрино от Солнца, — сказала доктор Фрут. — Мы открываем дверь в физику Солнца и нейтрино, продолжая поиски темной материи. Может показаться странным радоваться отсутствию открытия, но это приближает нас к цели".
Доктор Джеймс отметил: "LZ впервые статистически значимо наблюдал солнечные нейтрино бора-8 через CEvNS и установил ведущие ограничения на темную материю выше 5 ГэВ. Было интересно моделировать детектор в этом режиме".
Такая чувствительность — успех и вызов: солнечные нейтрино могут имитировать слабые сигналы темной материи, создавая "нейтринный туман". Для детекторов меньших масс нейтрино становятся фоном, но при больших массах (например, 100 раз большего протона) это меньше влияет.
Доктор Энн Ванг из SLAC объяснила: "Мы минимизировали данные и калибровали детектор, чтобы отличать солнечные нейтрино от сигналов темной материи".
Результаты, объявленные 8 декабря на конференции в Санфордском центре, опубликованы на arXiv и будут в Physical Review Letters. Ученые планируют продолжить сбор данных до 2028 года и работают над XLZD — следующим поколением детектора жидкого ксенона. Доктор Фрут была ведущим редактором книги о его дизайне в European Physical Journal C.
"Темная материя существует — мы видим ее гравитационное влияние, — сказала доктор Фрут. — Эти результаты демонстрируют исключительную чувствительность LZ. Если темная материя взаимодействует в тестируемом диапазоне, мы это обнаружим".
Австралия продолжает вносить вклад в глобальный поиск, один из ключевых вопросов современной физики. Команда LZ включает многолетние усилия многих ученых, подчеркивая важность международного сотрудничества.
Ссылка на публикацию: https://arxiv.org/abs/2512.08065
