Experimentele recente ale colaborării LZ aduc date care reduc semnificativ spațiul de căutare pentru particulele candidate la materie întunecată. Folosind un detector subteran de mare sensibilitate, cercetătorii au analizat sute de zile de observații pentru a identifica sau exclude interacțiuni slabe ale particulelor. Aceste rezultate nu confirmă încă un semnal, dar stabilesc noi limite care restrâng modelele teoretice și ghidează viitoarele investigații.
Rezultatele LZ și impactul asupra modelelor WIMP
Colaborarea LZ a publicat o analiză combinată care include 280 de zile de date. Datele provin dintr-un set nou de 220 de zile adunate între martie 2023 și aprilie 2024, împreună cu 60 de zile din rularea inițială. Detectorul operează aproape un kilometru sub suprafață, în Sanford Underground Research Facility, pentru a reduce zgomotul cosmic. Miezul experimental este constituit din două recipiente din titan, ce conțin aproximativ zece tone de xenon lichid. Această masă de xenon oferă un mediu foarte curat pentru detectarea semnalelor rare ce ar putea indica o interacțiune cu un WIMP. Când o particulă lovește nucleul unui atom de xenon, se eliberează lumină și electroni; aceste semnale permit identificarea evenimentelor candidate.
Sensibilitatea excepțională a experimentului derivă din mai multe strategii de reducere a fondului. Construirea din materiale ultra-pure minimizează radiația naturală. Straturile succesive de blindaj și detectoare auxiliare funcționează ca un sistem de veto, eliminând multe semnale false. De asemenea, analiza avansată a datelor separă tiparele specifice ale radiațiilor de cele care ar putea proveni de la particule exotice. Prin aceste măsuri, LZ explorează regiuni ale spațiului parametrilor neinvestigate anterior și stabilește limite noi pentru interacțiunile slabe ale materiei întunecate.
Pe termen lung, colaborarea intenționează să colecteze până la 1.000 de zile de date înainte de încheierea misiunii planificate în 2028. Datele actuale permit comunității științifice să respingă modelele incorecte și să concentreze eforturile pe scenarii viabile. Participarea unei echipe internaționale numeroase, cu mulți cercetători tineri, accelerează dezvoltarea metodelor experimentale și interpretarea rezultatelor. Aceste progrese contribuie la avansul general al științei fundamentale privind structura universală.
Tehnici de reducere a zgomotului și verificări cruciale
Un element esențial al detectării este capacitatea de a separa „mimicii” de semnalul real. Neutronii reprezintă una dintre cele mai importante surse de confuzie, deoarece pot produce semnale identice cu cele așteptate de la WIMP. Pentru aceasta, LZ folosește un detector exterior (OD) format din rezervoare de acril cu scintilator încărcat cu gadoliniu, conceput să detecteze neutronii și să vetoze evenimentele asociate. Absența unui impuls în OD sprijină validitatea unui candidat pentru materie întunecată.
Radonul este o altă sursă problematică. Acesta suferă o serie de decăderi radioactive care pot imita semnalele căutate. Echipa a monitorizat lanțurile de decădere pentru a identifica și exclude astfel de evenimente. În plus, s-a aplicat tehnica de „salting”, prin care semnale false sunt introduse deliberat în setul de date, pentru a preveni părtinirea involuntară în analiză. Această metodă asigură obiectivitatea rezultatelor până la momentul „unsalting”-ului final.
„Intrăm într-un regim în care nu s-a căutat anterior materia întunecată, iar obiectivul nostru este să eliminăm erorile umane din interpretare.”
- Limitarea modelelor WIMP prin 280 de zile de date combinate;
- Reducerea fondului prin blindaj, materiale ultra-pure și detectorul exterior;
- Tehnici de analiză și „salting” pentru a preveni părtinirea în rezultate.
Concluzie
Rezultatele LZ marchează un pas important în efortul global de a descifra natura materiei întunecate. Chiar dacă nu a fost observat un semnal concludent de tip WIMP, noile limite trase restrâng semnificativ spațiul modelelor posibile. Experimentele viitoare, amplificarea perioadei de observare și potențiale îmbunătățiri ale detectorului vor permite testarea scenariilor cu mase mai mici și interacțiuni și mai slabe. În paralel, aparatul este sensibil la fenomene rare din alte arii ale fizicii, cum ar fi neutrinii solari sau decăderile exotice ale izotopilor de xenon. Colaborarea internațională și aportul tinerilor cercetători rămân esențiale pentru progres.
Sursa: sciencedaily.com