აღმოჩენილია ბნელი მატერიის ამ დროისთვის საუკეთესო მტკიცებულება — #1tvმეცნიერება
რაც არ უნდა ირონიული იყოს, მიწისქვეშ, დიდ სიღრმეში მიმდინარე ექსპერიმენტში სინათლის ციცქნა გაელვება შეიძლება ბნელი მატერიის პირველი დაფიქსირება იყოს.
ეს იდუმალი ნივთიერება სამყაროში ჩვეულებრივ მატერიას ხუთი ერთზე თანაფარდობით უნდა აჭარბებდეს, მაგრამ ათწლეულობით ძებნის მიუხედავად, ის დღემდე მოუხელთებელია.
ამჯერად, ფიზიკოსები იუწყებიან უცნაური სიგნალის შესახებ ექსპერიმენტ LUX-ZEPLIN (LZ)-ში, რომელსაც აქვს ყველა ის მახასიათებელი, რაც ბნელი მატერიის მთავარი კანდიდატისთვისაა მოსალოდნელი და მისი ახსნა ძნელია ჩვენთვის ცნობილი ფიზიკის მიხედვით.
შედეგები, რომლებიც ჯერ რეცენზირებული არ არის, იაპონიაში მიმდინარე ასტროფიზიკურ კონფერენციაზე წარმოადგინეს.
ჯგუფი გვაფრთხილებს, რომ დასკვნების გაკეთება ჯერ ნაადრევია — მოვლენას არ გადაუკვეთია სტატისტიკური ზღვარი, რომელიც მეცნიერებს სხვა ახსნათა გამორიცხვის საშუალებას აძლევს.
„მონაცემებში ამ მოვლენის ნახვამ ძლიერ დაგვაინტრიგა, იმ რეგიონში, სადაც ბნელი მატერიის ხილვას უნდა ველოდეთ და კონკურენტული ფონი ძალიან დაბალია. მხოლოდ ერთი მოვლენით, არ გვსურს, რომ მოვლენებს გავუსწროთ. არ ვამტკიცებთ, რომ ბნელი მატერია ვნახეთ, მაგრამ ვიხილეთ რაღაც საინტერესო, რომელიც გვსურს სამეცნიერო საზოგადოებას გავუზიაროთ მათი აზრების მოსასმენად“, — ამბობს ბრაუნის უნივერსიტეტის ფიზიკოსი და LZ-ის პრესსპიკერი რიკ გეიტსკელი.
ჯერ კიდევ 1930-იან წლებში, ასტროფიზიკოსებმა გააცნობიერეს, რომ ის, რასაც კოსმოსში ვხედავთ, არც ისე კარგად ჯდება სამყაროს ჩვენეულ მოდელებში. ისე გამოდის, რომ კოსმოსში რაღაც ჭარბი მასა არსებობს, რომელიც საკუთარი გრავიტაციული გავლენით უმეტესწილად ურთიერთქმედებს ჩვეულებრივ მატერიასთან.
ვინაიდან ის სინათლეს არც გამოყოფს და არც ირეკლავს, ამ იდუმალ ნივთიერებას „ბნელი მატერია“ უწოდეს.
უცნობია, ზუსტად რა ფორმა აქვს მას; ამიტომ, მრავალი ექსპერიმენტით ეძებდნენ სხვადასხვა პოტენციურ კანდიდატებს, მაგრამ უშედეგოდ.
LZ მხოლოდ ერთი ასეთი ექსპერიმენტია და განკუთვნილია სპეციალურად ბნელი მატერიის კანდიდატის მიერ გამოყოფილ სიგნალთა დასაფიქსირებლად, რომელსაც ფიზიკოსები სუსტად ურთიერთქმედ მასიურ ნაწილაკებს (WIMP) უწოდებენ.
როგორც სახელიც მიუთითებს, ბნელი მატერიის ეს ფორმა უნდა შედგებოდეს მაღალი მასების მქონე დისკრეტული ნაწილაკებისგან, რომლებიც მხოლოდ სუსტად ურთიერთქმედებენ ჩვეულებრივ მატერიასთან და რომელთა აღმოჩენაც რთულია.
უმეტეს შემთხვევაში, WIMP-ებმა ნორმალურ მატერიაში კვალის გარეშე უნდა გაიარონ, მაგრამ უკიდურესად იშვიათ შემთხვევაში, ერთი მათგანი შეიძლება ჩვეულებრივი მატერიის ატომს შეეჯახოს, რაც წარმოქმნის სინათლისა და ელექტრონების მკრთალ ციმციმს.
LZ შექმნილია იმისთვის, რომ ეს მოუხელთებელი ურთიერთქმედება დააფიქსიროს. შედგება თხევადი ქსენონის უზარმაზარი ავზისგან, რომელსაც ზემოდან აკრავს აირადი ქსენონის თხელი ფენა. თუ WIMP-ი მასში გაივლის და ატომს დაეჯახება, წარმოქმნის სინათლის გაელვებას, რომელსაც დააფიქსირებენ ავზის ფსკერზე განთავსებული ფოტოდეტექტორები.
ამ მოვლენაში ჩართული ელექტრონები ზემოთ მიემართება და როცა ისინი აირად ქსენონს მიაღწევენ, წარმოქმნიან მეორე გაელვებას. ამ ორი გაელვების დროებს და სიმძლავრეს შეუძლია მეცნიერებს ბევრი რამ უთხრას ნაწილაკის წყაროს შესახებ.
სამწუხაროდ, ასეთ სიგნალებს სხვა ბევრი ნაწილაკიც წარმოქმნის და უფრო ხშირადაც, ვიდრე ბნელი მატერია. შედეგად, LZ ისეა შექმნილი, რომ შეამციროს ფონური ხმაური.
დაცვის პირველი ხაზია 1,5 კმ სისქის ქანი — ანუ ექსპერიმენტი მიწაში ასეთ სიღრმეშია ჩამარხული. შემდეგ არის წყლის ავზი ქსენონით სავსე ავზის გარშემო და ბოლოს, რადიაციის დეტექტორი, რომელსაც შეუძლია სხვა ტიპის მოვლენათა იდენტიფიცირება.
ერთობლივად, ამ ზომებს მინიმუმამდე დაჰყავს კოსმოსური სხივების არასასურველი ნაწილაკები ან ფონური რადიოაქტიურობა.
ახლახან, გასული რამდენიმე წლის განმავლობაში შეგროვებულ მონაცემთა ანალიზისას, მეცნიერებმა დამაინტრიგებელი სიგნალი გამოავლინეს. 2023 წლის 16 ივნისს, LZ-მ დააფიქსირა სინათლის ორი გაელვება ზუსტად ისეთი ენერგიებით, რომელიც უნდა მოდიოდეს ქსენონის ავზში ატომის ბირთვთან WIMP-ის შეჯახების შედეგად.
კანდიდატის შემჩნევის შემდეგ, მკვლევრებმა რამდენიმე თვე დაუთმეს მონაცემთა ანალიზს, რათა ენახათ, შეიძლებოდა თუ არა ამ მოვლენის ადვილად ახსნა ჩვენთვის ცნობილი ფონური პროცესებით.
ამ მოვლენის ენერგია ძალიან მაღალი იყო, რათა ნეიტრონები ან ნეიტრინოები ყოფილიყო — ასევე, მათ უნდა წარმოექმნათ დაბალენერგიული გაფანტვა, რაც არ დაფიქსირებულა.
მოხეტიალე გამა-გამოსხივების ფორმა რომ ყოფილიყო, ავზში უჩვეულოდ გრძელი გზა უნდა გაევლო, ისე გაფანტულიყო, რომ მეორე გაელვება აღარ წარმოექმნა ან თავი აერიდებინა გარეთ განთავსებული ინსტრუმენტებისთვის, რომლებიც მათ დასაფიქსირებლადაა შექმნილი. ყველა ეს სცენარი ნაკლებად სავარაუდოდ ჩაითვალა.
ასევე არის იმის შანსიც, რომ იქ დაფიქსირებული ორი გაელვება მომდინარეობდა ორი ერთმანეთთან კავშირის არმქონე მოვლენიდან, რომლებიც უბრალოდ დროში ერთმანეთთან საოცრად ახლოს მოხდა. მონაცემთა ანალიზმა აჩვენა, რომ ამის ალბათობაც ძალიან ნაკლებად სავარაუდოა.
სამაგიეროდ, მონაცემებში ყველაზე კარგად ჯდებოდა დაშვება იმისა, რომ მოვლენა გამოწვეული იყო WIMP-ის მიერ, მასით 200 გიგაელექტრონვოლტზე მეტი.
„მონაცემებში გამონაკლისი მოვლენები მოულოდნელი არ არის, მაგრამ როგორც წესი, ისინი რაღაც ფონის სახით გამოირჩევიან, როდესაც მათ უფრო ღრმად უყურებთ. ეს პირველი მაგალითია ჩემ მიერ ნამუშევარ ამ დრომდე ჩატარებულ ექსპერიმენტთა შორის, რომელშიც გამონაკლისი ყოველმხრივ ვალიდური ჩანს. რა თქმა უნდა, ჯერ კიდევ თავს ვიჭყლეტთ, არსებობს თუ არა რაიმე იშვიათი ფონური მექანიზმი, რომელიც შეიძლება გამოგვრჩა, მაგრამ ამაღელვებელია იმაზე ფიქრი, შეიძლება თუ არა ეს ბნელ მატერიაზე დაკვირვების პირველი მინიშნება იყოს“, — ამბობს ბერკლის ლაბორატორიის ფიზიკოსი აარონ მანალაისეი.
ვიდრე ვინმე შამპანურს გახსნის, მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ ამ დაფიქსირებას ჯერ არ მიუღწევია სტატისტიკური მნიშვნელობის 5-სიგმიანი ზღვრისთვის, რათა გამოცხადდეს ნაწილაკთა ფიზიკაში ახალი აღმოჩენის შესახებ. 5 სიგმის შემთხვევაში, 3,5 მილიონში დაახლოებით ერთი იქნებოდა შანსი იმისა, რომ ფონური ეფექტები შემთხვევით წარმოქმნიან იმ შედეგებს, რაც ამ მოვლენაში დააფიქსირეს.
LZ-ის ახალი შედეგები ამჟამად 2,6 სიგმის მნიშვნელობაზე იმყოფება, ანუ შეცდომის ალბათობა არის 200-ში ერთი. გაცილებით მეტი მონაცემი და დაფიქსირებაა საჭირო იქამდე, ვიდრე შეგვეძლება დარწმუნებით იმის თქმა, რომ ბნელი მატერია დავაფიქსირეთ.
მიუხედავად ამისა, ეს მაინც გახლავთ ერთ-ერთი ყველაზე მაცდუნებელი მინიშნება იმისა, რომ ყველა დროის ერთ-ერთი ყველაზე დიდი კოსმოლოგიური თავსატეხის ამოხსნის სწორ გზაზე ვიდგეთ.
პუბლიკაცია, რომელშიც ეს მოვლენაა აღწერილი, ჯერ რეცენზირებული არ არის, მაგრამ გამოსაქვეყნებლად გაგზავნილია ჟურნალ Physical Review Letters-ში. რეცენზირებამდელი ვერსია ხელმისაწვდომია სერვერზე arXiv.
მომზადებულია ScienceAlert-ის მიხედვით.