Эксперимент LZ сузил поиски тёмной материи и впервые зафиксировал солнечные нейтрино

Международная коллаборация LUX-ZEPLIN (LZ), управляющая самым чувствительным в мире детектором тёмной материи, объявила о новых результатах. Учёные не только сузили область поиска гипотетических частиц тёмной материи, но и впервые с помощью этого детектора зафиксировали нейтрино, рождённые в недрах Солнца.

Подготовка фотоумножителей для детектора LZ в подземной лаборатории в Южной Дакоте. Автор: Мэттью Капуст/SURL

Эксперимент LZ, расположенный на глубине около километра в подземной лаборатории в Южной Дакоте, собрал самый большой объём данных за всю историю поисков тёмной материи — 417 дней наблюдений с марта 2023 по апрель 2025 года. Анализ этих данных не выявил признаков вимпов (слабовзаимодействующих массивных частиц) — одного из главных кандидатов на роль тёмной материи — в диапазоне масс от 3 до 9 гигаэлектронвольт (ГэВ). Это сужает возможные параметры, которыми может обладать тёмная материя.

При этом чувствительность детектора достигла уровня, позволяющего регистрировать нейтрино. LZ впервые наблюдал бор-8 солнечных нейтрино через процесс когерентного упругого рассеяния нейтрино на ядре (CEvNS). Это и прорыв, и вызов, так как нейтрино могут маскироваться под искомые сигналы от лёгкой тёмной материи, создавая так называемый «нейтринный туман».

«Невероятно, что наш детектор теперь достаточно чувствителен, чтобы ловить нейтрино от Солнца, — сказала доктор Тереза Фрут из Сиднейского университета, одна из ключевых участниц проекта. — Мы открываем новое окно в физику Солнца и нейтрино, одновременно продолжая охоту на тёмную материю».

Доктор Роберт Джеймс из Мельбурнского университета, руководивший статистическим анализом, отметил, что LZ теперь обладает лучшими в мире ограничениями на тёмную материю с массой выше 5 ГэВ.

Учёные уже работают над проектом следующего поколения — детектором XLZD, который объединит лучшие технологии LZ, XENONnT и DARWIN и станет настоящей обсерваторией редких событий.

Результаты были представлены 8 декабря в подземной лаборатории в Южной Дакоте и опубликованы на сервере препринтов arXiv.