Przełomowe odkrycie w poszukiwaniach ciemnej materii

Naukowcy z czołowych ośrodków badawczych na całym świecie dokonali przełomowego odkrycia w poszukiwaniach tajemniczej ciemnej materii. Wykorzystując najczulszy na świecie detektor LUX-ZEPLIN (LZ), zespół badawczy z Lawrence Berkeley Laboratory oraz instytucji naukowych z USA, Wielkiej Brytanii, Portugalii, Szwajcarii, Korei Południowej i Australii ustanowił nowy rekord w wykrywaniu słabo oddziałujących cząstek masywnych (WIMP) - potencjalnych kandydatów na rolę składników ciemnej materii.

Prezentując wyniki swoich eksperymentów na dwóch konferencjach naukowych 26 sierpnia 2024 roku, naukowcy znacznie zawęzili zakres możliwych właściwości cząstek ciemnej materii. Dane zebrane przez detektor LZ przez 280 dni, w tym 220 dni nowych pomiarów oraz 60 dni z pierwszego przebiegu eksperymentu, pozwoliły wyeliminować wiele teoretycznych modeli, które nie znajdują potwierdzenia w rzeczywistych obserwacjach.

Detektor LZ, zainstalowany około półtora kilometra pod ziemią w Sanford Underground Research Center w Południowej Dakocie, wykorzystuje 10 ton ciekłego ksenonu do monitorowania nawet najsłabszych oddziaływań cząstek z jądrami atomowymi. Głębokość, na jakiej pracuje urządzenie, chroni je przed zakłócającym wpływem promieniowania kosmicznego, zapewniając tym samym wysoką dokładność pomiarów.

Kluczowym osiągnięciem zespołu badawczego jest wyeliminowanie możliwości istnienia WIMP o masach większych niż 9 gigaelektronowoltów na kwadrat (GeV/c²). Dla porównania, masa protonu wynosi nieco mniej niż 1 GeV/c². To znaczące zawężenie zakresu możliwych mas i oddziaływań cząstek ciemnej materii otwiera nowe perspektywy w poszukiwaniach tej tajemniczej składowej Wszechświata.

Naukowcy podkreślają, że wyniki eksperymentu LZ nie tylko dostarczają cennych informacji na temat ciemnej materii, ale również stwarzają możliwości badania innych rzadkich procesów fizycznych, takich jak rzadkie rozpady atomów ksenonu czy podwójny rozpad beta bez neutrin. Tego typu obserwacje mogą prowadzić do odkryć wykraczających poza ramy modelu standardowego fizyki, a tym samym przyczynić się do lepszego zrozumienia natury ciemnej materii.

Zespół badawczy nie zamierza spocząć na laurach. Już teraz trwają prace nad udoskonaleniem metod analizy danych oraz wprowadzeniem kolejnych ulepszeń do detektora LZ, mających na celu dalsze zwiększenie jego czułości. Ponadto, naukowcy pracują nad projektami następnej generacji detektorów ciemnej materii, które mają jeszcze bardziej precyzyjnie identyfikować i charakteryzować tę tajemniczą składową Wszechświata.