„LUX-ZEPLIN“ (LZ) eksperimentas po 417 dienų stebėjimo neužfiksavo tiesioginių tamsiosios materijos pėdsakų, tačiau nustatė griežčiausius apribojimus silpnai sąveikaujančioms masyviosioms dalelėms (WIMP). Šis tikslumas priartino mokslininkus prie „neutrinų rūko“ – fono, kuriame saulės neutrinai imituoja tamsiosios materijos signalus.
Didžiausias duomenų rinkinys istorijoje
„LUX-ZEPLIN“ yra jautriausias kada nors sukurtas tiesioginės tamsiosios materijos detektorius. Nuo 2023 m. kovo iki 2025 m. balandžio surinkti duomenys sudaro didžiausią kada nors tokio tipo eksperimento metu sukauptą rinkinį. Nors tamsioji materija, sudaranti apie 85 % visos visatos masės, niekada nebuvo tiesiogiai aptikta, jos gravitacinė įtaka yra būtina galaktikų formavimuisi. Detektoriaus viduje esantys fotodaugintuvai yra suprojektuoti fiksuoti silpnus šviesos blyksnius, kurie galėtų signalizuoti apie tamsiosios materijos dalelės susidūrimą su ksenono atomu.
Rezultatai stebina. Detektorius veikia taip jautriai, kaip buvo tikėtasi, ir yra pajėgus aptikti tamsiąją materiją, jei ji egzistuoja tiriamame diapazone.
Neutrinų rūkas ir kalibravimo iššūkiai
Detektoriaus jautrumas dabar leidžia ne tik ieškoti tamsiosios materijos, bet ir nauju būdu stebėti neutrinus – fundamentalias, beveik masės neturinčias daleles. Visgi, saulės neutrinų fonas, mokslininkų vadinamas „neutrinų rūku“, kelia rimtų iššūkių. Šis fonas imituoja branduolių atatrankos įvykius, kurių ieškoma tamsiosios materijos paieškose, ypač 3–9 gigaelektronvoltų (GeV/c²) masės diapazone.
Kadangi WIMP dalelės ir neutronai su ksenonu sąveikauja per tą patį mechanizmą – branduolių atatranką – mokslininkai naudoja kruopščius neutronų eksperimentus detektoriui kalibruoti. Šis procesas leidžia tiksliai suprasti, kokio stiprumo signalą sukelia skirtingos dalelės. Iki 2028 m. LZ planuoja surinkti daugiau nei 1 000 dienų stebėjimo duomenų, taip daugiau nei dvigubai padidinant dabartinę ekspoziciją.
Gravitacinis pėdsakas LIGO duomenyse
Kol tiesioginiai detektoriai susiduria su „neutrinų rūku“, kitose srityse pasirodė netiesioginių užuominų. 2026 m. gegužę paskelbtame tyrime mokslininkų grupė, išanalizavusi LIGO (Lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatorijos), „Virgo“ ir „KAGRA“ duomenis, atkreipė dėmesį į signalą GW190728. Šio signalo bangos forma rodo statistinį polinkį į tamsiosios materijos modelį, o ne į vakuuminį juodųjų skylių susijungimą.
Tai nėra tiesioginė sąveika su tamsiąja materija, o greičiau jos buvimo gravitacinis pėdsakas. Visgi, rimtam atradimui patvirtinti reikėtų kelių įvykių su nuosekliais požymiais. Ateities observatorijos, tokios kaip LIGO A+, „Einstein Telescope“ ar „Cosmic Explorer“, turėtų suteikti reikiamą signalo ir triukšmo santykį, kad būtų galima atskirti tamsiosios materijos poveikį nuo astrofizikinių reiškinių, pavyzdžiui, akrecinio disko dinamikos.
Teorinių įsipareigojimų kaina
Pastarieji keturi dešimtmečiai parodė, kad fundamentinėje fizikoje teorinius įsipareigojimus patvirtinti yra sunkiau, nei tikėtasi. Kai eksperimentai nepateikia laukiamų rezultatų, jie dažnai susitelkia į klausimus, kurie yra svarbiausi: kas yra tamsioji materija, tamsioji energija ir kas slypi už Standartinio modelio.
Mokslininkai toliau dirbs siekdami sumažinti energijos slenkstį, kad galėtų ieškoti mažos masės tamsiosios materijos žemiau 3 GeV/c², bei tirs egzotinius būdus, kuriais tamsioji materija galėtų sąveikauti su ksenonu. Šie tyrimai padės ne tik geriau suprasti fundamentalius dalelių sąveikos parametrus, bet ir suteiks nepriklausomų matavimų apie saulės neutrinų srautą bei supernovų procesus.
