Физики нашли возможное объяснение загадочному сигналу крупнейшего детектора тёмной материи
Единственное необычное событие, зарегистрированное детектором тёмной материи LUX-ZEPLIN (LZ), может соответствовать взаимодействию неизвестной частицы массой около 1,1 ТэВ. Новое исследование показало, что этот сигнал хорошо согласуется с некоторыми моделями тёмной материи, однако пока не является доказательством её обнаружения.
LZ использует несколько тонн жидкого ксенона для поиска редких столкновений частиц тёмной материи с атомами вещества. В расширенном диапазоне энергий эксперимент обнаружил одно необычное событие с энергией ядерной отдачи около 248 кэВ. Оно выделяется тем, что обычные модели взаимодействия тёмной материи плохо объясняют такую высокую энергию без появления большого числа других событий, которых детектор не увидел.
Физик Маттиа Ди Мауро предположил, что сигнал может быть связан с неупругим взаимодействием частиц тёмной материи, при котором часть энергии столкновения уходит на переход частицы в более тяжёлое состояние. Возможным объяснением оказался термальный хиггсино — гипотетическая частица, предсказываемая теориями, расширяющими Стандартную модель физики элементарных частиц.
Расчёты показывают, что модель с хиггсино массой около 1,1 ТэВ и разницей масс между состояниями примерно 377 кэВ способна воспроизвести наблюдаемое событие. При этом большая часть ожидаемых взаимодействий должна происходить именно при высоких энергиях, что соответствует особенностям сигнала LZ.
Однако у гипотезы есть проблема: для такого взаимодействия частицы должны обладать скоростями около 795 км/с, то есть находиться на границе возможного диапазона скоростей в нашей Галактике. Поэтому результат сильно зависит от того, насколько точно учёные знают распределение тёмной материи вокруг Солнца.
Сам сигнал также пока слишком слаб для заявления об открытии. Его статистическая значимость составляет около 3,4σ, а после учёта дополнительных проверок снижается примерно до 2,6σ. В физике элементарных частиц открытием обычно считается результат на уровне 5σ.
Будущие данные LZ и других экспериментов помогут проверить, является ли это событие первым намёком на новую частицу или всего лишь редкой статистической флуктуацией.
Исследование в виде препринта на arXiv.