Учёные обнаружили нейтринный туман, который мешает поиску тёмной материи

Учёные из подземных лабораторий China Jinping (Сычуань, Китай) и Gran Sasso (Италия) сообщили об обнаружении признаков "нейтринного тумана" в своих детекторах, что может существенно осложнять поиск тёмной материи. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Фото: Flickr by European Southern Observatory, CC BY 2.0

Этот "туман" представляет собой поток солнечных нейтрино — слабо взаимодействующих частиц, способных проникать на значительную глубину под землю.  Нейтрино с энергией до 18 МэВ взаимодействуют с ядрами атомов в детекторах темной материи, создавая фоновый шум и искажая данные.  Это затрудняет поиск слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), являющихся гипотетическими кандидатами на роль темной материи.

Эксперименты в обеих лабораториях используют глубоко подземные детекторы с жидким ксеноном (на глубине до 2400 метров), что позволяет отсекать большую часть космических лучей. Однако, солнечные нейтрино проникают на эту глубину и могут рассеиваться на ядрах ксенона.

Исследователи анализировали данные о когерентном упругом рассеянии нейтрино на ядрах ксенона (CEνNS).  Детектор XENONnT зафиксировал 11 таких событий, а детектор PandaX-4T — 75 (из-за более низкого энергетического порога и большей глубины расположения). Эти данные позволили оценить поток солнечных нейтрино.

Зарегистрированный поток нейтрино от распада изотопа ⁸B совпал в обоих детекторах и подтвердил теоретические предсказания Стандартной модели, составив около 50 миллиардов частиц на квадратный метр в секунду.

Хотя уровень статистической значимости пока не достиг необходимого уровня (5 сигм) для полного подтверждения открытия (2,64 сигмы для PandaX-4T и 2,73 сигмы для XENONnT), учёные считают результаты многообещающими. Дальнейшие исследования с улучшенными детекторами и большим объемом данных позволят уточнить наблюдения и лучше понять влияние "нейтринного тумана" на поиск тёмной материи.

Уточнения

Тёмная мате́рия — в астрономии и космологии, а также в теоретической физике гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению.