С 2021 года в заброшенной шахте по добыче золота в Южной Дакоте на глубине около полутора километров проводится эксперимент LUX-ZEPLIN (LZ), в рамках которого ведётся поиск тёмной материи. Физики ожидают, что некоторые сигналы, исходящие из заполненной жидким ксеноном камеры, будут исходить от слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP) — основного кандидата на роль частиц тёмной материи.
Теперь коллаборация LZ сообщает, что после анализа данных за 280 дней не обнаружено никаких признаков WIMP с массой выше 9 ГэВ/c² [1]. Это позволяет установить ограничения на параметры WIMP, которые почти в 5 раз строже, чем предыдущие.
Выбор ксенона в качестве материала детектора
Ксенон был выбран в качестве материала детектора в эксперименте LZ из-за его высокой атомной массы и плотности жидкости. Эти свойства повышают вероятность взаимодействия WIMP с протонами или нейтронами ксенона. Кроме того, жидкость прозрачна для фотонов и электронов, образующихся при таких взаимодействиях, что делает их легко обнаруживаемыми.
Отслеживая различия во времени и величине сигналов от двух типов частиц, эксперимент LZ может выделить WIMP на фоне фоновых событий, возникающих в основном из-за следовых количеств радиоактивных изотопов в детекторе и вокруг него.
Результаты последнего анализа
В последнем анализе коллаборации LZ использовалась новая и улучшенная дискриминация фоновых событий для идентификации в общей сложности 1220 событий. Используя модели взаимодействия WIMP различной массы с 7 метрическими тоннами жидкого ксенона в камере, исследователи сделали два основных вывода.
Во-первых, ни одно из зарегистрированных событий не было вызвано WIMP с массой более 9 ГэВ/c². Во-вторых, верхнее значение сечения для столкновения WIMP с энергией 40 ГэВ/c² с протоном или нейтроном ксенона составляет ничтожно малое значение — 2,2 × 10⁻⁴⁸ см². Эти новые ограничения сужают диапазон жизнеспособных теорий.
— Рэйчел Берковиц
Рэйчел Берковиц — ответственный редактор журнала Physics Magazine, базируется в Ванкувере, Канада.
[1]: ссылка на источник.