Az általunk ismert univerzum körülbelül 27%-át (és az összes anyag 85%-át) egy láthatatlan, titokzatos anyag, a sötét anyag teszi ki, amit a kutatók azért hívnak sötétnek, mert nem bocsát ki és nem nyel el fényt, vagyis az elektromágneses sugárzás hiánya miatt “sötét”. Ez a rejtélyes anyag nem igazán lép interakcióba a körülötte lévő normál, avagy látható anyaggal, leginkább csak a hatásából lehet következtetni a jelenlétére - ahhoz, hogy megfigyelhetővé váljon, speciálisan felépített, nagyon érzékeny detektorokra van szükség, amelyeket minél jobban óvni kell a külső hatásoktól, ezért rendszerint a föld alatt épített laboratóriumokban helyezik el őket.

Egyike ezeknek a LUX-ZEPLIN (LZ) detektor, ami az amerikai Sanford Lab (Sanford Underground Research Facility) része, és egyúttal a legmélyebben (közel 2 kilométer mélyen) fekvő kutatólaboratórium az Egyesült Államokban. Az LZ detektor egy óriási tartály, amit 10 tonna ultratiszta xenonnal töltöttek fel, és fotoelektron-sokszorozókkal láttak el, amelyeket a tartály belsejében kialakuló reakciók jeleit tudják észlelni. A xenonra azért van szükség, mert az egyik ígéretes sötétanyag-jelölt, az úgynevezett WIMP (weakly interacting massive particle, gyengén kölcsönható masszív részecske) és a xenon találkozása potenciálisan megfigyelhetővé teszi a sötét anyag jelenlétét a tartályokban.

A WIMP részecskék ugyanis a xenon atom magjával ütközve annak összehúzódását eredményezik, és a folyamat közben néhány foton és elektron szabadul el, és indul útnak

- az ennek következtében kialakuló apró felvillanásokat a detektor jelezni tudja.

A problémát az jelenti, hogy egy másik típusú tünékeny részecske, a neutrínó, majdnem ugyanolyan módon hat a xenonra, és nagyon hasonló jelet bocsát ki, mikor az atommaggal találkozik, így a sötét anyag, pontosabban a WIMP detektálását nehezíti a neutrínók jelenléte. Ezt a jelenséget hívják a kutatók neutrínóködnek, az LZ érzékenysége pedig olyan szintű, hogy ez a “köd” valódi akadályt okozhat.

“Ezzel az adathalmazzal hivatalosan is beléptünk a neutrínóködbe, de csak akkor, amikor a kisebb tömegű sötét anyag után kutatunk.”

- mondta el Ann Wang, a kísérlet résztvevője - “Ha a sötét anyag nehezebb - mondjuk a proton tömegének 100-szorosa -, akkor távol vagyunk attól, hogy a neutrínók jelentős háttérzajt okozzanak, és nem befolyásolják a felfedezéseket.”

A most zajló LUX-ZEPLIN Kísérletben a keresett WIMP-ek tömege 3 és 9 GeV/c2 közé esett, ami körülbelül 3-9 proton tömegének felel meg.

Ezeket a sötétanyag-részecskéket nem sikerült megtalálni a kutatás során,

de a kutatók sikerként könyvelik el, hogy neutrínók egy típusát, a bór-8 szoláris neutrínókat viszont detektálták az LZ detektorral. Ezek a Napból induló szellemrészecskék a bór-8 radioaktív bétabomlásából származnak, és két korábbi kísérlet, a kínai PandaX-4T és az olasz XENONnT során is sikerült észlelni őket, de amíg a korábbi vizsgálatokban az eredmények statisztikai megbízhatósága 3 szigma alatt állt, addig az LZ kísérlet adatainak értéke 4,5 szigma lett.

“Míg a neutrínók háttérjele kihívást jelent az alacsony tömegű (3–9 GeV/c²) tartományban működő sötétanyag-detektor számára, új másodlagos szerepe - mint szolárisneutrínó-obervatórium - több információt szolgáltat az elméleti kutatók számára a neutrínómodellekkel kapcsolatban, amelyek számos rejtélyt hordoznak.

Az LZ független mérést adhat arról, mennyi bór-8 neutrínó érkezik a Napból (amit neutrínófluxusnak nevezünk), képes lehet jövőbeli neutrínókitörések detektálására, hogy jobban megértsük a szupernóvákat, és segíthet tanulmányozni az egyik alapvető paramétert, amely a részecskék kölcsönhatásait írja le.” - magyarázzák a kutatásban részt vevő Brown Egyetem közleményében.

(Fotó: NASA Goddard Space Flight Center, Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility, TyliJura/Pixabay)

Megtalálhatták a rettegett neutrínóködöt A jelenség elhomályosíthatja a sötét anyaggal kapcsolatos kutatásokat. Vagy egy érdekes új színfoltot hozhat a kísérletekben.