Солнечные нейтрино увидели физики из эксперимента LZ

Учёные международного эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) заявили о прорывном результате: им удалось зафиксировать упругое когерентное рассеяние солнечных нейтрино на ядрах ксенона — одно из самых редких и слабых взаимодействий во Вселенной. Этот успех стал возможен благодаря уникальному детектору с семью тоннами жидкого ксенона, расположенному на глубине 2400 метров в лаборатории Хоумстейк (США). Одновременно исследователи установили рекордно строгие ограничения на свойства частиц тёмной материи — гипотетических вимпов — в диапазоне масс от 3 до 9 гигаэлектронвольт. Препринт работы опубликован на arXiv.org.

Тёмная материя — одна из главных загадок современной физики. На её долю приходится около 85% вещества во Вселенной, но она не испускает, не поглощает и не отражает свет, оставаясь невидимой для телескопов. Её существование доказывается только гравитационным влиянием на звёзды и галактики. Одной из главных кандидаток на роль её частицы считается вимп (слабовзаимодействующая массивная частица).

Поиск вимпов осложняется тем, что в области малых энергий их сигнал могут имитировать солнечные нейтрино — почти невесомые «призрачные» частицы, в изобилии рождаемые Солнцем. Чтобы отличить одно от другого, физикам необходимо было сначала надёжно зафиксировать сам сигнал от нейтрино. До сих пор это с низкой статистической значимостью удавалось лишь двум экспериментам: XENONnT и PandaX.

Команде LZ, работающей под руководством профессора Рика Гейтскелла из Университета Брауна, удалось добиться значимости в 4,5 сигма, что является убедительным доказательством обнаружения эффекта. За 417 дней наблюдений учёные зарегистрировали 19 событий в ожидаемой области. Их анализ показал, что эти события согласуются с предсказанным сигналом от солнечных нейтрино (около 12 событий) и отсутствием сигнала от тёмной материи.

Сам детектор представляет собой технологическое чудо: две фазы жидкого ксенона, помещённые в гигантскую «матрешку» из экранирующих материалов — сцинтиллятора и сверхчистой воды. Такая конструкция, расположенная глубоко под землёй, позволяет отсечь практически все фоновые помехи, например, от космических лучей.

Это открытие — важный шаг вперёд. Во-первых, оно подтверждает редчайший тип взаимодействия нейтрино, предсказанный теоретически. Во-вторых, оно позволяет «очистить» область поиска от известного фона и с беспрецедентной точностью сузить параметры, где может скрываться тёмная материя. Эксперимент LZ продолжает сбор данных, приближая учёных к возможной величайшей научной сенсации.