Незалежні експерименти з пошуку темної матерії виявили щільну хмару елементарних частинок нейтрино, яка може впливати на чутливість детекторів у процесі пошуку темної матерії. Ці частинки можуть взаємодіяти з детекторами темної матерії, розташованими глибоко під поверхнею Землі, і викликати хибнопозитивні сигнали. Це дослідження підкреслює важливість розробки нових підходів для підвищення точності виявлення темної матерії в майбутніх експериментах. Дослідження опублікували у двох статтях журналу Physical Review Letters (1,2).
Резервуари з ксеноном, за допомогою яких виявляють темну матерію. XENON Collaboration
Як і для чого проводять виявлення темної матерії?Темна матерія, яка, за оцінками, становить 27 відсотків всієї маси-енергії Всесвіту, пояснює аномалії в кривих обертання галактик та інші астрофізичні спостереження, проте її частинки досі не вдалося безпосередньо зафіксувати. Темна матерія складається з холодних частинок, які слабко взаємодіють зі звичайною матерією, або WIMP.
Для виявлення цих частинок проводять два незалежні експерименти PandaX у Китаї та XENON в Італії,
де науковці використовують інертний газ ксенон, взаємодія WIMP з ядром якого створює сигнал про виявлення темної матерії. Щоб виключити вплив космічних променів, ці експерименти проводять в надглибоких підземних лабораторіях. Проблема полягає у тому, що нейтрино теж є WIMP, які здатні проникати глибоко в товщу Землі. Дослідники з обох лабораторій оцінили частоту впливу нейтрино на детектори темної матерії та силу такого впливу.
Наскільки туман нейтрино впливав на виявлення темної матерії?Команда PandaX-4T встановила свій детектор на глибині 2400 метрів, а XENONnT — на глибині 1400 метрів, використовуючи при цьому 1–2 кубометри рідкого ксенону при температурі -110 °C. Обидва експерименти зібрали дані протягом двох років і виявили від 11 до 75 подій, які вказують на існування ще однієї важкої перешкоди виявлення темної матерії — туману нейтрино, фонового шуму від сонячних нейтрино.
Сонячні нейтрино, утворені внаслідок ядерних реакцій на Сонці, проникають через земну кору та можуть досягати навіть глибоких підземних детекторів. Рівень значущості, з яким ці події фіксуються, сягає близько 2,7 сигми — показник, який свідчить про ймовірність фонової події, тоді як для доказу знахідки самої темної матерії потрібен рівень щонайменше 5 сигма. Звичайно, поки науковці можуть розрізнити сигнали нейтрино та темної матерії, але зі
