Установка LUX-ZEPLIN зарегистрировала одиночное столкновение с ядром ксенона, слишком энергичное для ожидаемого фона. Физики не называют это открытием тёмной материи, но такая частица оставила бы именно подобный след.
Событие выявили при повторном анализе данных 220 суток наблюдений. Ядро ксенона получило энергию около 248 кэВ. Сигнал выглядел как удар по ядру, а не как взаимодействие гамма-излучения или электрона. Для этой энергетической области ожидаемый фон крайне мал.
После проверки очевидных объяснений интрига только усилилась. Быстрый нейтрон мог бы создать похожий сигнал, но обычно оставляет дополнительные следы в установке. Их не обнаружили. Команда исключила влияние радиоактивных распадов, атмосферных нейтрино, космических частиц и случайного совпадения сигналов — ни один вариант не объяснил событие достаточно хорошо.
Внимание привлекла и калибровка детектора, которая закончилась за 25 минут до необычного столкновения. Источник излучения находился с противоположной стороны установки, а окружающие данные не показали всплеска похожих сигналов. Прямую связь с калибровкой исследователи пока не нашли.
Одного события недостаточно для заявления об открытии тёмной материи. Статистическая значимость сигнала достигает 3,4σ, но после поправки на все проверенные варианты снижается до 2,6σ. В физике частиц для признания открытия требуется 5σ. Коллаборация LZ рассматривает результат как необычный кандидат, требующий подтверждения.
Простейшая модель тёмной материи плохо подходит к наблюдению. При регулярных упругих столкновениях с ядрами ксенона детектор должен был увидеть больше событий на меньших энергиях. Таких сигналов нет.
Теоретики рассмотрели более сложный сценарий, при котором частица во время столкновения меняет своё внутреннее состояние. Неупругое рассеяние такого типа даёт сильную отдачу ядра без множества слабых столкновений. В некоторых подходящих моделях масса частицы превышает 200 ГэВ/c² и может быть около 1 ТэВ/c² — примерно в тысячу раз больше массы протона.
Появились и другие попытки объяснить аномалию. В одной из моделей тяжёлая частица при столкновении переходит в более лёгкое состояние и отдаёт разницу энергии ядру ксенона. Этот механизм может создать сигнал около 248 кэВ, но остаётся пока лишь теоретической возможностью.
Есть способ быстро проверить часть идей. Если LZ видит только самые быстрые частицы тёмной материи, частота столкновений должна меняться в течение года из-за движения Земли вокруг Солнца. Для некоторых моделей расчёты предсказывают сезонные колебания более чем на 50%.
Всё зависит от новых данных. Если LUX-ZEPLIN зарегистрирует несколько похожих высокоэнергетических ударов по ядрам ксенона, одиночная аномалия превратится в серьёзный повод искать неизвестную физику. Если сигнал больше не повторится, экзотические объяснения станут менее убедительными.
