Detektor temné hmoty zachytil záhadný signál. Může jít o stopu po nepolapitelných částicích WIMPs a první známky temné hmoty

Temná hmota by měla představovat většinu hmoty ve vesmíru – podle současných odhadů až 85 % veškeré hmoty ve vesmíru. Přesto toho o ní víme jen velmi málo. Fyzici po ní usilovně pátrají ve vesmíru i na Zemi. Na tomto pátrání se podílí i experiment LUX-ZEPLIN (LZ) – detektor temné hmoty, který se nalézá 1 500 metrů pod zemí ve výzkumném zařízení Sanford Underground Research Facility v Jižní Dakotě. Tamní skalní masa by měla místo ochránit před nežádoucími částicemi kosmického záření.

LUX-ZEPLIN je považován za momentálně nejcitlivější experiment pátrající po temné hmotě na světě. Zařízení obsahuje masivní sedmitunovou nádrž naplněnou kapalným xenonem, která slouží jako terč pro částice temné hmoty – vědci v ní hledají nepatrné záblesky vznikající při jejich srážkách s atomovými jádry xenonu.

Nedávno zde vědci zaznamenali signál, který je možné interpretovat jako stopu po částicích označovaných jako WIMPs (těžké, slabě interagující částice), které patří mezi hlavní kandidáty na částice temné hmoty. Nevysvětlený signál by mohl znamenat významný průlom v pátrání po této nepolapitelné materii.

Nevysvětlený signál v podzemí

Na tomto doposud nepublikovaném výzkumu se podílel početný mezinárodní tým vědců, kteří tím získali zatím nejpřesvědčivější stopu temné hmoty, jakou experiment LUX-ZEPLIN zatím přinesl. Má to ale háček, což je i důvod, proč vědci po celém světě zatím nejásají.

Nová analýza dat z experimentu LUX-ZEPLIN odhalila doposud nevysvětlenou interakci částic, kterou nelze snadno připsat známým signálům pocházejícím z běžné hmoty ve vesmíru. Výsledek ovšem zatím nesplňuje statistický práh potřebný k tomu, aby mohl být označen za definitivní objev.

Statistická významnost výsledku dosahuje 2,6 sigma, zatímco za hranici objevu se ve fyzice považuje hodnota 5 sigma. Přibližně 0,5% pravděpodobnost tak stále připadá na možnost, že událost lze vysvětlit známými zdroji pozadí. Pokud výsledek potvrdí další data a analýzy, mohlo by to zásadně změnit naše chápání vesmíru.

„Výsledek experimentu LZ je velmi zajímavý. Na základě jediné události samozřejmě nemůžeme dospět k závěru, že skutečně pozorujeme první známky nové fyziky. Pokud by tomu tak ale bylo, důsledky pro naše chápání vesmíru by byly zásadní,“ říká britský fyzik Dan Tovey ze Sheffieldské univerzity z týmu experimentu LZ.

Vědci vycházejí z analýzy 220 dní měření získaných mezi březnem 2023 a dubnem 2024. Stejný soubor dat už vědci dříve využili k hledání slabých signálů nejjednodušších typů interakcí WIMP. Tentokrát se zaměřili na širší škálu možných interakcí, při nichž by se v detektoru uvolnilo více energie. LZ je na takové signály zvláště citlivý a současně umožňuje omezovat počet falešných pozitivních výsledků.

„Vynaložili jsme obrovské množství práce, abychom ověřili, zda událost nemá nějaké mnohem obyčejnější vysvětlení, a zatím prošla všemi testy. Jediný způsob, jak zařídit, abychom si mohli být skutečně jistí, je získat a analyzovat více dat. A právě na to se nyní s kolegy soustředíme,“ dodává Tovey.