Детектор темної матерії допоміг вперше виміряти ядерне розсіювання сонячних нейтрино

Науковці, що працюють із детектором темної матерії XENONnT оголосили про перше успішне вимірювання процесу розсіяння на атомних ядрах нейтрино, які утворилися на Сонці. Ця взаємодія має дуже низьку енергію, тому для її реєстрації дослідники аналізували дані за два роки роботи детектора. Отриманий результат допоможе не лише краще дослідити потоки сонячних нейтрино, а й покращить процес пошуку темної матерії завдяки ефективнішому очищенню даних детекторів від нейтринного впливу. Дослідження представили на конференції у Л’Аквілі (Італія), коротко про нього розповідає сайт експерименту XENONnT.

Установка детектора XENONnT. Luigi Di Carlo / Xenon Collaboration

Що шукали науковці?

За підрахунками астрофізиків, близько 25 відсотків Всесвіту займає темна матерія. Однак, дотепер невідомо, з чого вона складається, адже жоден із високочутливих детекторів не зміг зареєструвати її частинки. Зокрема перешкодою є і те, що сигнали, які фіксують детектори, необхідно чітко відділяти від фонових забруднень, щоб виявити сигнал, який може належати темній матерії.

І навіть якщо фізики поміщають свої детектори під землю, як детектор XENONnT, це не захищає їх від впливу нейтрино — частинок, які утворюються зокрема на Сонці й легко проникають і під землю. Там вони можуть взаємодіяти з атомними ядрами в детекторі, створюючи сигнали, які можуть бути помилково прийняті за ознаки темної матерії.

Утім, досі ця взаємодія була малодослідженою, адже події взаємодії нейтрино з речовиною детекторів рідкісні й мають дуже низьку енергію, щоб їх можна було зареєструвати. Щоб точно відрізняти сигнали нейтрино від потенційного сигналу темної матерії, фахівці XENONnT взялися виявити, як саме нейтрино можуть взаємодіяти із атомними ядрами в детекторі.

Які отримали результати?

Детектор XENONnT знаходиться на глибині майже 1,5 кілометра в лабораторії Гран Сассо в Італії. Основна частина детектора складається з ультрачистого рідкого ксенону, сигнали від взаємодії з яким можуть вказати науковцям на різноманітні частинки, що потрапляють у детектор. Для пошуку впливу саме сонячних нейтрино, дослідники відібрали дані за два роки роботи детектора, ретельно відділяючи їх від шумів. Шукаючи сигнали, що будуть збігатися за характером із передбаченими теорією сигналами від розсіяння сонячних нейтрино на ядрах атомів, науковці виділили потрібну подію. Імовірність того, що отриманий результат може бути лише похибкою сигналу чи шумом, оцінили у 0,35 відсотка.

Чому цей експеримент важливий?

Наразі отримані дані є першим успішним вимірюванням розсіяння сонячних нейтрино на атомних ядрах. Це дозволяє тепер враховувати їхній вплив при аналізі даних з детекторів темної матерії, підвищуючи їхню точність та надійність. Крім того, отримані дані допоможуть і сонячним фізикам уточнити сучасні моделі процесів, які відбуваються всередині Сонця. У майбутньому науковці, що працюють на XENONnT, сподіваються зібрати більше даних про вплив на детектор космічних частинок, що постійно бомбардують Землю. Це дозволить їм краще розуміти та відфільтровувати фоновий шум у пошуках сигналів темної матерії.

• Раніше фізикам вперше вдалося знайти нейтрино, що походить з нашої власної галактики. Тепер відомо, що такі частинки складають від 6 до 13 відсотків всього потоку нейтрино.