Детектор тёмной материи XENONnT зафиксировал самый слабый сигнал солнечных нейтрино за всю историю наблюдений

1 сентября, сообщается, что эксперимент по поиску тёмной материи XENONnT в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии достиг нового прогресса. Исследовательская коллаборация XENON объявила, что установка зафиксировала сигналы столкновений низкоэнергетических солнечных нейтрино, которые ранее никогда не наблюдались, снизив порог энергии детектирования нейтрино до примерно 17 килоэлектронвольт (кэВ). По оценкам исследовательской группы, вероятность того, что данный сигнал является лишь статистической флуктуацией, составляет менее одной миллионной.

Нейтрино — это электрически нейтральные элементарные частицы с чрезвычайно малой массой, которые могут образовываться в процессах термоядерного синтеза в ядре Солнца, при взрывах сверхновых, а также при делении ядер в реакторах. Из-за крайне слабого взаимодействия нейтрино с веществом огромное количество нейтрино способно проходить сквозь Землю, что также делает их детектирование крайне сложной задачей. Традиционные детекторы нейтрино обычно сосредоточены на событиях с выделением большой энергии при столкновениях, тогда как XENONnT в данном случае зафиксировал сигналы солнечных нейтрино с чрезвычайно низкой энергией.

Исследовательская группа отметила, что энергия, выделившаяся при столкновении низкоэнергетических солнечных нейтрино, составляет примерно одну миллиардную от энергии столкновения протонов в Большом адронном коллайдере Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Зарегистрированные сигналы в основном исходят от нейтрино, образующихся в реакции протон-протонного (pp) синтеза внутри Солнца. Эта реакция является важным процессом производства солнечной энергии, а pp-нейтрино составляют подавляющее большинство нейтрино, испускаемых Солнцем.

XENONnT изначально предназначался для прямого поиска частиц тёмной материи в Млечном Пути. Его ключевым компонентом является двухфазная ксеноновая время-проекционная камера (TPC), содержащая 5,9 тонны сверхчистого жидкого ксенона и расположенная на глубине около 1400 метров под землёй в горном массиве Гран-Сассо в Италии. Установка ведёт детектирование, регистрируя слабые световые и электрические сигналы, возникающие при взаимодействии частиц с атомами ксенона.

Считается, что тёмная материя составляет около 85% всей материи во Вселенной, однако, поскольку она не излучает и не поглощает свет, до сих пор её не удалось обнаружить напрямую. В течение длительного времени эксперименты по поиску тёмной материи постоянно снижали уровень фонового шума и повышали чувствительность. Данный результат показывает, что соответствующие технологии детектирования достигли чувствительности, позволяющей наблюдать низкоэнергетические нейтринные сигналы, которые ранее было трудно зафиксировать.

Исследователи также отметили, что по мере дальнейшего повышения чувствительности детекторов тёмной материи солнечные нейтрино могут всё чаще появляться в данных детектирования и становиться трудноустранимым фоновым фактором в поисках тёмной материи. Будущим экспериментам потребуется накапливать данные в течение более длительного времени и повышать способность различать нейтринные сигналы и потенциальные сигналы тёмной материи.