Дълбоко под земята и извън обсега на стандартния шум
Когато прекарваш години в изграждане на гигантска криогенна система в подземната станция Санфорд в Лийд, Южна Дакота, основната ти работа не е просто да чакаш екзотични частици. Главната задача е да елиминираш фоновия шум. Планетата ни непрекъснато бива бомбардирана от космически лъчи, а скалите около нас излъчват естествена радиоактивност, която за чувствителните сензори звучи като непрекъсната канонада. Точно затова експерименти като LUX-ZEPLIN (LZ) се разполагат под миля скален масив и се обвиват в слоеве от водна и оловна защита. Там долу, в абсолютна термична и изолационна изолация, десет тона ултрачист течен ксенон служат за мишена. Апаратурата чака сблъсък: събитие, при което преминаваща частица ще удари ксеноново ядро и ще произведе слаб, но ясен светлинен и електронен сигнал.
В началото на септември, по време на конференция в Тендо, Япония, физикът Самюъл Ериксен от университета в Бристъл представи данни от 220 дни активни наблюдения. Стандартната практика при тези търсения е анализите да се фокусират върху ниски енергии – обикновено под 50 килоелектронволта (keV), където теорията предвижда най-голяма вероятност за среща със слабо взаимодействащи масивни частици, известни като WIMP. Този път обаче изследователите са разширили прозореца за търсене до 270 keV. Причината за това разширение лежи в нарастващото с течение на времето усещане за интелектуална мъгла около хипотезата за леките WIMP частици. Десетилетия наред експериментите в Големия адронен колайдер в ЦЕРН и подземните детектори като XENON и PandaX не откриха нищо в нискоенергийния диапазон, което принуди физиците да търсят алтернативни сценарии.
Методологията на "заслепените" данни и аномалното събитие
За да се избегне подсъзнателно нагласяне на резултатите от страна на самите изследователи, в съвременната експериментална физика се използва строга процедура на така нареченото "обезсоляване" или де-заслепяване. В реалния поток от данни софтуерно се вкарват стотици изкуствени, псевдо-сигнали, имитиращи тъмна материя. Екипът прекарва месеци в калибровка, почистване на фоновия шум и анализ, без да знае кои от регистрираните сблъсъци са истински и кои са компютърна симулация. Когато калибровката приключи, алгоритъмът премахва изкуствените събития и разкрива чистата картина.
След премахването на фалшивите сигнали в разширения енергиен диапазон на LZ е останало само едно-единствено събитие. Но то не е просто статистика, а физически откат, освободил 248 keV енергия. Това е значителна енергийна светкавица за мащабите на сублупния свят. Предварителните изчисления показват, че ако този откат е причинен от масивна частица, преминаваща през нашата Галактика, нейната маса трябва да бъде поне 200 гигаелектронволта (GeV), а е възможно да достига и около 1000 GeV (или 1 тераелектронволт). Това би означавало частица, която е стотици пъти по-тежка от единичен протон.
Реакцията на научната общност обаче е подчертано хладна. Джианглай Лиу от шанхайския университет Джиао Тонг, както и представителят на самата колаборация LZ Ричард Гейтскел от университета Браун, бързат да очертаят ясната разлика между аномалия и научно откритие. В историята на физиката има десетки случаи, когато единични събития са се оказвали неочаквани микроскопични примеси в конструктивните материали, редки алфа-деградирания на повърхността на контейнера или просто статистически колебания на детектора.
