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).
Темна матерія, яка становить близько 27% маси-енергії Всесвіту, допомагає пояснити аномалії в кривих обертання галактик та інші астрофізичні явища, але частинки цієї матерії досі не вдалося безпосередньо зафіксувати. Вважається, що вона складається з холодних частинок, які слабко взаємодіють зі звичайною матерією, зокрема з WIMP.
Щоб виявити ці частинки, вчені проводять експерименти PandaX у Китаї та XENON в Італії. Вони використовують рідкий ксенон, з яким взаємодія WIMP може залишати сигнали, що вказують на наявність темної матерії. Обидва експерименти відбуваються в надглибоких підземних лабораторіях для мінімізації впливу космічного випромінювання. Проте проблема полягає в тому, що нейтрино, як один із типів WIMP, також проникають крізь товщу Землі. Дослідники з обох проєктів оцінили частоту та силу впливу нейтрино на детектори.
Команда PandaX-4T розмістила свій детектор на глибині 2400 метрів, а XENONnT — на глибині 1400 метрів, використовуючи для експериментів від 1 до 2 кубометрів рідкого ксенону при температурі -110 °C. Під час дворічного збору даних обидві групи виявили від 11 до 75 подій, що вказують на існування додаткової перешкоди у виявленні темної матерії — фонового “туману” від сонячних нейтрино.
Сонячні нейтрино, що виникають під час ядерних реакцій на Сонці, здатні проникати навіть до глибоких підземних детекторів. Рівень значущості цих подій становить приблизно 2,7 сигми, що свідчить про високу ймовірність фонових подій. Для підтвердження існування темної матерії потрібно досягти рівня принаймні 5 сигма. З підвищенням чутливості детекторів або посиленням сонячної активності збільшується ймовірність хибнопозитивних результатів.
Ці спостереження підтверджують необхідність покращення технології детекторів для зменшення впливу сонячних нейтрино та підвищення точності виявлення темної матерії. Вивчення темної матерії допоможе краще зрозуміти еволюцію Всесвіту та його фундаментальні закони. До того ж, фіксація нейтрино лабораторіями PandaX-4T та XENONnT свідчить про потенціал їх використання для вивчення цих елементарних частинок без необхідності будівництва окремих підземних лабораторій.
Джерело: nauka.ua