La aproape 1,6 kilometri sub Black Hills din Dakota de Sud, într-o mină de aur abandonată, un detector a înregistrat ceva ce fizicienii nu reușesc să explice. Un singur eveniment, apărut exact în zona în care se aștepta să se arate materia întunecată, a supraviețuit lunilor de verificări menite să elimine orice altă cauză.
Rezultatul vine de la experimentul LUX-ZEPLIN, prescurtat LZ, și a fost prezentat pe 1 septembrie 2026 în cadrul conferinței TeV Particle Astrophysics din Japonia. Lucrarea urmează să apară pe arXiv și a fost trimisă spre publicare la Physical Review Letters.
De ce caută toată lumea materia întunecată
Materia întunecată ar reprezenta aproximativ 85% din masa universului, dar nu a fost niciodată detectată direct. Existența ei este dedusă din efecte gravitaționale pe care materia obișnuită nu le poate explica: galaxiile se rotesc mult mai repede decât ar trebui și rămân legate mai strâns decât permite masa vizibilă, iar lumina se curbează mai mult decât ar trebui atunci când trece pe lângă ele.
Dacă particulele de materie întunecată există, ele nu absorb, nu reflectă și nu emit lumină. Altfel, o substanță atât de abundentă ar fi fost observată de mult. Unul dintre cei mai puternici candidați teoretici este particula masivă cu interacțiune slabă, cunoscută prin acronimul englezesc WIMP, care ar interacționa cu gravitația, dar aproape deloc cu restul materiei.
Cum funcționează detectorul LZ
Instrumentul este, în esență, un rezervor cu 10 tone de xenon lichid ultrapur, echipat cu senzori care înregistrează coliziunile rare dintre o particulă WIMP și un atom de xenon. Când are loc o astfel de ciocnire, atomul emite un fulger de lumină și electroni. Lumina este captată la partea de sus și la cea de jos a camerei, iar un câmp electric împinge electronii spre suprafață, unde generează un al doilea fulger.
Detectorul este administrat de Lawrence Berkeley National Laboratory și funcționează la Sanford Underground Research Facility, în localitatea Lead din Dakota de Sud. Adâncimea nu e un capriciu: roca de deasupra blochează radiația cosmică și alte surse de zgomot care ar putea imita o interacțiune cu materia întunecată. LZ funcționează din 2021, iar colaborarea reunește 250 de cercetători și ingineri din 39 de instituții.
Ce s-a întâmplat pe 16 iunie 2023
Pentru acest studiu, echipa a reanalizat 220 de zile de date colectate între martie 2023 și aprilie 2024. Setul fusese deja căutat pentru semnale slabe provenite din cele mai simple interacțiuni WIMP. De data aceasta, cercetătorii au extins căutarea către interacțiuni care ar depune mai multă energie în detector.
Evenimentul descris în lucrare a fost înregistrat pe 16 iunie 2023. Dacă ar proveni dintr-o interacțiune între materia întunecată și xenon, particula care l-a produs ar avea o masă de cel puțin 200 GeV/c², adică de peste 200 de ori masa unui proton. Coliziunea pare, în plus, neobișnuit de energetică.
Cât de sigur este rezultatul
Aici intervine prudența. Analiza atinge 2,6 sigma, ceea ce înseamnă că există aproximativ 0,5% șanse ca evenimentul să fie explicat prin zgomotul de fond cunoscut. Pentru a vorbi despre o descoperire, fizica cere pragul de 5 sigma. Distanța dintre cele două este considerabilă.
„Suntem foarte intrigați să vedem acest eveniment în date, în regiunea în care ne așteptăm să apară materia întunecată, iar zgomotul de fond concurent este foarte scăzut. Cu un singur eveniment, nu vrem să tragem concluzii pripite. Nu susținem că am văzut materie întunecată. Dar am văzut ceva interesant, pe care vrem să îl împărtășim comunității științifice pentru opinia ei.”
PublicitateRick Gaitskell, profesor de fizică la Brown University și purtător de cuvânt al colaborării LZ, în comunicatul universității
„Acesta a fost un studiu detaliat într-o regiune pe care nu o explorasem în acest set de date, și am petrecut luni de efort suplimentar pentru a înțelege toate cauzele posibile ale evenimentelor de fond. Ne cunoaștem detectorul și zgomotul de fond atât de bine, încât până și un singur eveniment remarcabil, precum cel pe care l-am găsit, este important. Ne așteptăm ca evenimentele de materie întunecată să fie extrem de rare, așa că doar câteva ar putea marca prima detecție a materiei întunecate de tip WIMP.”
Sam Eriksen, cercetător senior la University of Bristol și autor principal al studiului
Un mister în interiorul altui mister
Problema este că datele nu se potrivesc cu teoria simplă. Dacă LZ ar fi înregistrat un eveniment WIMP de energie mare, teoriile standard cer ca detectorul să fi văzut deja numeroase evenimente de energie mică. Nu s-a întâmplat asta.
Rămân, deci, trei posibilități. Fie particulele WIMP interacționează cu materia obișnuită într-un mod pe care fizicienii nu îl anticipează, fie această particulă a primit cumva un impuls suplimentar de viteză, fie evenimentul nu are nimic de-a face cu materia întunecată și provine dintr-un proces încă neidentificat.
„Există extensii teoretice bine fundamentate, printre care împrăștierea inelastică și împrăștierea elastică dependentă de impuls, care ar putea explica acest eveniment unic. Asta stabilește totodată o țintă pentru vânătoarea de materie întunecată aflată în desfășurare, nu doar în experimente de detecție directă precum LZ, ci și la alte fronturi experimentale complementare.”
JiJi Fan, profesoară asociată de fizică la Brown University, ale cărei lucrări teoretice sunt citate în articolul LZ
Ce urmează
Colaborarea are deja cel mai mare set de date despre materia întunecată din lume și continuă să acumuleze altele la SURF, ceea ce va îmbunătăți substanțial statistica. Dacă analizele viitoare mai găsesc interacțiuni de acest tip, semnificația va crește. Dacă nu, evenimentul se va dizolva în istoria falselor alarme.
Verificarea nu va veni doar din interior. Două experimente concurente, PandaX în China și XENONnT în Italia, folosesc tehnologii similare și pot confirma sau infirma independent ce vede LZ.
Pe aceeași temă, am scris despre momentul în care astronomii au crezut că au văzut pentru prima dată materia întunecată, despre dovezile indirecte adunate până acum și despre ipoteza unei versiuni întunecate a universului.
Detaliile complete se găsesc în comunicatul Brown University și pe site-ul oficial al experimentului LZ, de unde pot fi descărcate lucrarea și prezentarea.
